KV变电站的设计.doc
《KV变电站的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《KV变电站的设计.doc（61页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
ZY110KV变电所设计
1绪论
1.1概述
电力系统是由发电厂、变电所、线路和用户组成的。
变电所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。
因此，作为电气工程及其自动化专业的学生，进行变电所设计是很有必要的。
本次所设计的ZY110kV变电所为某X城市一地区变电所，本所位于该地区网络的枢纽点上，高压侧以接受系统电能为主，降压后供电给本地区的35kV用户，对本地区的正常供电起到了重要作用。
全所停电后，仅使该地区中断供电,但仍将使该地区生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备安全，形成十分严重的后果。
因此，电力系统运行首先要满足可靠，持续供电的要求。
本所的设计是在国家和地方的规划下进行的，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，尽可能地节省投资、就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性。
1.2本次设计的内容
本次设计为110kV变电站初步设计，共分为任务书、计算书、说明书三部分，同时还附有4张图纸加以说明。
该变电站有2台主变压器，初期上1台，分为三个电压等级：
110kV、35kV、10kV，其中110KV电压等级采用单母分段带旁母其余的均采用单母分段的主接线方式供电，本次设计中进行了短路电流计算，主要设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、母线等），并同时附带介绍了所用电和直流系统、继电保护和微机监控系统、过压保护、接地、通信等相关方面的知识。
1.3毕业设计应达到的主要指标
本毕业设计是电气工程及其自动化专业教学计划中的重要环节，也是本专业学生在大学学习期间中的一个重要环节。
此次设计是在学习了相关专业课程（如《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《电力系统继电保护原理》、《高电压技术》等）后进行的。
此次毕业设计的主要目的是通过变电所设计实践，综合运用所学知识，贯彻执行我国电力工业有关方针政策，理论联系实际，锻炼独立分析和解决电力工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定必要的基础。
此外，通过本次设计实践，不仅回顾和加深了所学的专业知识，而且还熟练地掌握了ECAD、Visio等绘图软件，以及进一步巩固了MicrosoftOfficeWord的操作方法。
1.4应掌握的知识与技能
.学习和掌握变电站电气部分设计的基本方法。
.对所设计的变电站的特点，以及它在电力系统中的地位、作用和运行方式等应有清晰的概念。
.熟悉所选用电气设备的工作原理和性能，及其运行使用中应注意的事项。
.熟悉所采用的电气主接线图，掌握各种运行方式的倒闸操作程序。
.培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。
1.5国内外概况
在电力系统中，除应采取各项积极措施或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。
切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求。
这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。
在电子式静态保护装置和数字式保护装置出现以后，虽然继电器以被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。
在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。
继电保护装置一词，则指各种具体的装置。
我国电力工业自动化水平正在逐年提高。
20万MW及以上大型机组以采用计算机监控系统，许多变电所以装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。
迄今，我国电力工业已进入了大机组，大电厂，大电力系统，高电压和高自动化的新阶段。
国家方针、政策、技术规范和标准是根据国家实际情况、结合电力工业的技术特点而制定的准则，是把科学、技术总结成条理化，也是长期生产实践的结晶，在进行论证分析阶段，更应辩证的统一供电可靠性与经济性的关系，方能达到先进性与可行性。
我国目前电力工业的发展方针是：
.在发展能源工业的基本方针指导下发展电力工业。
.电力工业发展速度必须与国民经济发展速度相适应。
.发挥水电优势，加快水电建设。
.建设大型矿口电厂，搞好煤、电、运平衡。
.节约能源，降低消耗。
.重视环境保护，积极防止对环境的污染。
.在煤，水能源缺乏地区，有重点有步骤地建设核电厂。
.政企分开，省为实体，联合电网，统一调度，集资办电。
.因地制宜，多能互补，综合利用，讲求利益。
第一篇电气一次部分
2变电所总体分析、负荷分析与主变压器选择
2.1变电所总体分析
今欲组建的ZY110kV变电所位于某城市近郊区，四周临近工业区和各种大型工矿企业。
因而，该地区工农业负荷集中，需电量大。
所以，这些条件为组建变电所提供了必要性，也正是建所的主要目的。
不仅如此，该地区地势平坦，且附近建筑物稀疏，使得出线走廊较开阔；该地区海拔高度为200m，属于非强烈地震区；水文地质方面，地耐力较好，土壤热阻率为100℃·cm/W,地下水位较低，水质良好，且无腐蚀性；气象方面，年最高气温+40℃，年最低气温-20℃，年平均气温+15℃，最热月平均最高气温+32℃，最大覆冰厚度b=10mm，最大风速为25m/s，微风风速为3.5m/s。
所以，这些条件为组建变电所提供了充分性和优越性。
本所位于该地区网络的枢纽点上，高压侧以接受系统电能为主，降压后供电给本地区的35kV变电所用户，因此它属于地区变电所，对本地区的正常供电起到了重要作用。
若全所停电，将引起该地区用户供电中断，造成重大经济损失，甚至危机生命。
本所电压等级为110/35/10kV，其中，110KV电压等级近期出线2回，远景发展2回；35KV电压等级近期出线5回，远景发展2回；10电压等级近期出线12回，远景发展2回,且用于接补偿电容器和所用电。
2.2变电所负荷分析
负荷可以分为三类：
Ⅰ类负荷，Ⅱ类负荷，Ⅲ类负荷
Ⅰ类负荷：
凡是暂时停电将造成人员伤亡和重大设备损坏及重大经济损失的负荷。
供电要求：
任何时候都不能停电。
Ⅱ类负荷：
凡停电造成减产，使用户造成较大的经济损失的负荷。
供电要求：
可短时停电几分钟
Ⅲ类负荷：
Ⅰ、Ⅱ类负荷以外的其他负荷。
供电要求：
可以长时间停电。
2.2.1各电压侧负荷分析
2.2.1.1110kV和10kV侧负荷分析
110kV侧主要近期回路数有2回，主要连接系统S1、S2以及一些传输线；远景发展2回。
10kV侧主要是市区及一些轻工业用电且接补偿器和所用电。
因在计算负荷求主变容量和台数时，仅用主变中压侧和低压侧负荷，且因本所低压侧负荷较小，故计算负荷时可忽略不计。
因此，将主要分析中压侧负荷。
2.2.1.235kV侧负荷分析
35kV侧近期共有5回，远景将发展2回.该工业区内有冶金、化工、机械制造、等大型企业，是重要的电力负荷。
以下以钢厂为例具体地分析出线上的负荷用电情况，其生产过程为选矿→（20%）→炼焦（10%）→炼铁（10%）→炼钢（10%）→轧钢（35%），括号内的百分数为各环节用电比重，其它用电占15%。
生产中熔炼（包括炼焦、炼铁和炼钢）过程要求绝不能停电，否则可能使铁水冷却后与炼炉凝固为一体，造成炼炉报废，导致重大经济损失。
因而可知熔炼用电属于一级负荷，要求供电可靠性很高，可采用双回供电或设备用电源。
该工业区中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级负荷比重及其它有关数据见表2.1中。
另外不考虑穿越功率。
表2.1变电所负荷资料
电压
等级
负荷
名称
最大负荷（MW）
穿越功率MW
负荷组成%
自然
力率
Tmax
（h）
线长
（km）
近期
远景
近期
远景
一级
二级
三级
110kv
市系1线
10
18
60
市系2线
10
18
25
备用1
10
备用2
12
35kv
郊一
2
3
0.9
郊二
2.5
3.5
0.9
5000
11
水泥厂1
1.5
2
0.9
4000
10
水泥厂2
1.5
2
0.9
4000
13
耐火厂
1
1.5
0.9
5000
12
备用1
2.5
0.9
备用2
2.5
0.9
10kv
棉纺厂1
2
2.5
15
25
0.75
3500
3.5
棉纺厂2
1.5
2
0.75
4000
4.5
印染厂1
2
2
30
30
0.78
4000
2.5
印染厂2
1
1.5
0.78
3500
3
毛纺厂
1
1.5
10
30
0.75
4000
3
针织厂
1.5
2
0.75
4500
3
柴油机厂1
1.5
2
0.8
3500
2
柴油机厂2
1.5
2
0.8
4000
1.5
橡胶厂
1
1.5
20
20
0.72
市区1
1.5
2
15
20
0.8
市区2
1.5
2
0.8
食品厂
1.2
1.5
15
20
0.8
备用1
1.5
10
20
0.78
备用2
1.5
0.78
注：
35kV负荷的功率因数0.9是各35kV变电站集中无功补偿后的数值。
表中负荷为最大负荷值，最小负荷为最大负荷的70%，负荷同时率取0.85-0.95
2.2.2负荷计算
变电所综合最大负荷，是选择变压器容量及台数配置的依据。
将变电所供电范围以内所有用户的负荷相加乘以同时系数，并考虑网损后即可得到变电所的综合最大负荷。
其中，各电力用户的最大负荷不一定出现在同一时间里，因此变电所的综合最大负荷不是各用户最大负荷的直接相加，而是比它们的总和要小些。
这些差别在计算中是用同时系数来表示的。
并且，应考虑电力网络有功功率损耗，通常用网损率（或线损率）来表示。
同时系数的确定：
确定配电所母线的最大负荷时，所采用的有功负荷同时系数：
计算负荷小于5000千瓦0.9～1.0;
计算负荷为5000～10000千瓦0.85;
计算负荷超过10000千瓦0.80;
2.2.2.135kV及10KV侧综合最大负荷计算
为以后便于以后选择主变的台数及容量，须计算35kV及10KV侧近期和远期综合最大负荷。
（1）远期综合最大负荷
（2.1）
式中——同时系数，分别取0.9与0.85；
——线路远期负荷，MVA；
——自然力率；
——线损率，取5%。
（2）同理得近期综合最大负荷
（2.2）
式中符号与远期基本相同.
2.2.2.235kV及10KV侧远期Ⅰ级和Ⅱ级综合最大负荷计算
本项计算采用保守算法，不计同时系数和线损率，即负荷直接相加。
远期Ⅰ级综合最大负荷计算公式
（2.3）
远期Ⅱ级综合最大负荷计算公式：
（2.4）
远期Ⅰ、Ⅱ级均包括35KV和10KV两部分.
远期Ⅰ、Ⅱ级总的综合最大负荷计算公式：
（2.5）
计算过程见计算书，现将本所各负荷计算结果列于表2.2中.
表2.2变电所110kV侧各综合最大负荷计算结果（MVA）
近期综合
最大负荷
远期综合
最大负荷
远期35KV综
合最大负荷
远期10KV综
合最大负荷
远期Ⅰ、Ⅱ级总
的综合最大荷
24.58
48.45
12.5
9.22
21.72
2.3主变压器选择
在变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。
利用上节的有关负荷计算结果以及技术规范便可选择主变的台数、容量和型式。
第3.1.1条:
主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合确定。
第3.1.2条：
在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。
如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。
第3.1.3条：
装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60％的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷
第3.1.4条：
具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该主变容量的15%以上，主变压器宜采用三绕组变压器。
第2.2.4条变压器绕组的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Ｙ和△型两种。
高中低三侧绕组如何组合，要根据具体工程来定。
我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Ｙ0连接，35KV亦采用Ｙ型，其中性点通过消弧线圈接地。
35KV以下电压变压器绕组都采用△连接。
ZY110KV变电所电压等级为110/35/10KV，接线方式采用YN/Yn0/D接线方式。
2.3.1主变形式的选择
因为单相变压器相对来讲投资大,占地多,损耗也大,同时配电装置结构复杂,增加了工作量,还应考虑到制造条件及运输条件的限制,在330KV以下电力系统中一般采用三相变压器，该所具有三种电压，故采用三绕组变压器。
变压器三绕组的接线组别必须同系统电压相一致,考虑到同步并列要求,及限制3次谐波对电压的影响等因素,采用全星型接线变压器.为保证电能质量,电压必须维持在允许的范围内,通过分接头调整,改变变压器的高压侧的绕组匝数,从而改变其变比,实现电压调整。
2.3.2主变台数选择
变电所主变的台数与电压等级接线方式传输容量以及系统的联系有密切关系。
通常与系统具有强联系的大中型变电所，在一种电压等级下，主变应不少于二台。
综合考虑，本所采用两台主变。
2.3.3主变容量选择
变电所主变容量，一般应按年远景负荷来选择。
根据城市规划负荷性质电网结构等综合因素确定主变容量。
2.3.3.1选择条件
所有主变容量应不小于远期综合最大负荷。
≥（2.6）
式中——主变台数，为2台。
——主变额定容量，MVA。
2.3.3.2校验条件
一台主变停运，其余主变容量应至少能满足综合最大负荷的，且考虑过负荷能力时能够能满足远期级总的综合最大
≥（2.7）
≥（2.8）
联立以上两式，求它们的最大值，然后查变压器容量表，即得主变额定容量。
根据表2.2中的已知条件，代入以上式中，求得主变额定容量为MVA。
2.3.3.3近期中应装设的台数
根据所选择的主变容量与近期综合最大负荷的关系来决定近期装设台数。
≥（2.9）
因MVA与（这个数改为24.58）MVA相近，故决定近期只装一台主变就基本能满足近期负荷。
不过，在负荷达到远期水平前，应将另一台主变装上。
2.3.4主变型式选择
选择主变型式时，应从相数、绕组数、冷却方式、接线组别等方面确定。
2.3.4.1相数的确定
主变采用三相或单相，主要考虑变压器的容量、制造水平、可靠性要求及运输条件等因素。
当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电所中，一般都应选用三相变压器。
经综合考虑，在满足技术和经济条件下，本所主变选用三相式。
2.3.4.3冷却方式的确定
对110KV电压级采用自然风冷却，为使热量散发到空气中，装有片状或管形辐射式冷却器，以增大油箱冷却面积。
2.3.4.4调压方式和分接头的确定
主变调压方式有无载调压和有载调压两种。
因本所侧母线电压受系统运行方式影响不大，电压波动在允许偏移（±5%）范围内，故采用无载调压。
而无载调压的主变有5个分接头（±2×2.5%），一般设于高压（110kV）侧，因同样容量下高压侧电流最小，最容易操作分接头。
2.3.4.5绕组接线组别的确定
为了消除三次谐波,可以选用YN,yn0,d11。
2.3.4.6容量比
由以上计算结果可知<且<,故容量比应为100/50/100。
2.3.4.7各侧额定电压的选择
变压器110KV侧接电源，相当于用电设备与线路额定电压相等；35KV侧向负荷供电，相当于发电机二次侧。
电压较额定电压高5%；而10KV侧要考虑负荷，线路损耗以及无功补偿等因素，所以电压等级为110/38.5/11KV。
根据以上各方面的选择，最终选择的主変型号等参数见表2.3中。
表2.3变电所主変型号选择结果
变压器型式
额定容量
（kVA）
额定电压比（kV）
损耗（kW）
空载电流
（%）
高/中/低
空载
短路
SS3-25000/110
25000
110±2×2.5%/35±5%/10.5
38.9
450
1
阻抗电压（%）
中性点
绝缘水平
体积（mm3）
绕组连
接组别
重量
（t）
备注
高中
高低
中低
长×宽×高
10.5
17.5
6.5
绝缘
6080×4490×5030
YN,yn0,d11
52.2
合肥变
2.4小结
本章详细地描述了变电所的总貌，并进行了深入分析；此外，还对各电压侧的负荷进行了分析与计算，并最终选择了主变的类型、容量及台数。
为以后的变电所设计提供了设计前提及参考依据。
3电气主接线设计
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，故又称为一次接线或电气主系统。
用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套配电装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电气图。
电气主接线代表了变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。
它直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。
3.1电气主接线设计的基本要求和原则
3.1.1电气主接线设计的基本要求
变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定，并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。
对电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性、经济性以及可扩展性四个方面。
以下就是分别从这四个方面先进行论述,而后再根据实际情况进行主接线的选择。
3.1.1.1可靠性
（1）断路器检修时是否影响供电；
（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；
（3）变电所全部停电的可能性。
3.1.1.2灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态,要能灵活地投、切某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能在事故检测及特殊运行方式下的调度要求，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。
3.1.1.3经济性
主接线应在满足可靠性也灵活性的前提下应以以下几个方面考虑:
（1）投资省；
（2）占地面积少；
（3）电能损耗少。
3.1.1.4可扩性
在设计主接线时应留有发展扩建的余地，不仅要考虑最终接线状况，还要考虑到从初期接线过度到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过度方案的实施，使改造工作量最少。
3.1.2电气主接线设计的基本原则
3.1.2.1考虑变电所在电力系统中的地位和作用
变电所在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。
本所是开环接入系统中的三个电压等级的地区变电所，对本地区负荷的供电具有重要意义和作用。
3.1.2.2考虑远期和近期的发展规模
变电所主接线设计应根据5～10年电力系统发展规划进行，本所有关情况见表1.1所示。
3.1.2.3考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响
对重要的Ⅰ级和Ⅱ级负荷必须有两个独立电源供电，主接线在回数较多的条件下采用旁母接线。
重要负荷多的可以考虑使用双母线接线形式,电压等级高的甚至再加旁母。
3.1.2.4考虑主变台数及容量对主接线的影响
本所有两台容量为25MVA的主变，属大型变压器，故其要求有很高的接线形式。
3.2各电压等级电气主接线设计
（1）110kV优先采用简易旁母（分段断路器兼旁路断路器）
当它出线大于6回时，可设专用旁路断路器。
（2）35kV一般不用旁路母线
（3）6～10kV当不允许停电检修DL时可设旁路母线，而且一般用专用旁路断路器，它一般不设旁路母线。
（4）6～35kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。
但可用单母分段。
方案比较过程如表3.1所示:
表3.1各电压等级电气主接线方案比较
方案一
方案二
110kV
接线名称
单母线分段
单母线分段带旁母
可
靠
性
简单清晰，设备少，设备本身故障小。
线路断路器检修故障时，该线路停电；任意母线母隔检修时，仅停检修段；任一段母线故障，仅停故障段。
当母线断路器检修，可能造成两段母线分列运行。
可靠性高，当接线复杂，无论检修母线或设备均可使线路不停电。
当母线断路器检修，两段母线不分列运行。
灵活性
可以提高供电的灵活性,对重要用户可以从不同的段引出馈线线路,有两个电源供电.
运行相对复杂，但灵活性高。
各个电源和负荷可以任意分配到某一母线上可组成多种运行方式
经济性
投资少，年费用小，占地面积小。
投资高，年费用大，占地面积大。
可扩性
便于扩建和发展
便于扩建和发展
35kV
同上
同上
同上
10kV
同上
同上
同上
经过技术经济综合比较后:
110kV选择单母分段带旁母;35kV可选用单母线分段,室内;10kV可选用单母线分段,手车开关柜.
3.3所用变与无功补偿设
升级会员 