供用电技术毕业论文.doc
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供用电技术毕业论文
目录
绪论 5
第1章变电站类型及负荷情况 6
1.1概述 6
1.2变电站的作用和主要设备组成 6
1.3变电站的种类 7
1.4负荷分析 7
第2章主变压器容量台数及形式的选择 8
2.1概述 8
2.2主变压器的选择 9
第3章主接线设计 12
3.1概述 12
3.2电气主接线的一般要求和主要原则 12
3.3主接线方案设计 13
第4章短路电流计算基础 18
4.1概述 18
4.2短路电流的计算 18
第5章电气设备的选择 20
5.1概述 20
5.2电气设备的选择和校验 21
5.3断路器的选择 23
5.4互感器的选择 26
5.5熔断器的选择 28
第6章配电装置和总平面布置设计 31
6.1概述 31
6.2配电装置设计 32
6.3总平面布置设计 32
第7章防雷保护设计 34
7.1概述 34
7.2防雷保护 34
第8章结论 37
致谢 38
参考文献 39
绪论
随着经济的发展和现代工业的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此也对供电设计有了更高、更完善的要求。
设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。
变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电气设备及配电网络按一定的接线方式所构成它从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送和保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。
作为电能传输与输送的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现在电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。
变电站对电力的生产和分配起到了举足轻重的作用，学习和了解变电站的结构和运行对电力资源的可持续发展垫下了基础。
本次设计主要是电气部分的初步设计，它主要包括变电所类型，负荷情况分析，主变容量、台数和型号选择，主接线选择，短路电流的计算，电气设备的选择，配电装置布置、防雷保护设计等。
在主接线设计中，在220KV侧我们把两种接线方式在经济性，灵活性，可靠性三个方面进行比较，最后选择220KV侧选用双母线带旁路母线，在110KV侧我们选用单母线分段接线。
第1章变电站类型及负荷情况
1.1概述
该变电站除供地区负荷外,还承担邻近变电所能量传输。
根据《电力系统技术规程》中的有关部分，特别是：
第1.0.2条：
系统设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期、长期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方案；应合理利用能源，合理布局电源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协调，并为系统的继电保护设计，系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。
设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行，以经济、可靠、质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活不断增长的需要。
第1.0.6条：
系统设计的设计水平可为今后第五年至第十年的某一年，并应对过度年进行研究（五年内逐年研究），远景水平可为第十年至第十五年的某一年，且宜与国民经济计划的年份相一致。
系统设计经审查后，二至三年进行编制，但有重大变化时，应及时修改。
该变电站是枢纽变电站，与系统联系较为紧密，在整个系统中占有重要地位。
1.2变电站的作用和主要设备组成
水力、火力以及和核能等发出的电能，由于经济上的原因把电压升高，用输电线送到变电站，在这里将电压降低，用输电线再送到其它变电站，或通过输电线和配电线路送到用户。
这样，在变电站除了把输电线送来的电压和电流进行变换，集中和分配外，为了使电能的质量良好以及设备安全，还要进行电压调整电力潮流控制以及输配电线和变电站的保护。
一、变电站主要设备
变电站为了起到电能再分配的作用，有主变压器、母线、开关设备、控制装置、互感器、避雷器、调相器设备和其它设备组成。
（1）变压器
主变压器是变换电压的主要设备。
一般在变电站用于降低电压。
变压器由单相变压器和三相变压器。
一般使用经济上有利的三相变压器，单相变压器仅在高电压、大容量的500KV变电站等由于受到搬运上的限制而被采用。
（2）输电线和开关设备
在变电站内汇集着许多集中和分配电力的输配电线，与主变压器一起接在母线上，在每一条线路的引出口除装设断路器和隔离开关。
断路器通常用于电路的送出、停止或切换，当输、配电设备发生事故时则用来自动切断。
隔离开关用于输、配电线路时，变压器和断路器等进行保护，检修时把他们从回路中断开，有时用来切换母线环。
（3）控制装置与互感器
控制装置是变电站的中枢神经，通过它值班员监视设备的运行状态，根据需要进行设备的操作以及联合互感器进行电压、电流和功率的测量。
互感器主要测量于仪器：
将高电压、大电流转换成低电压、小电流进行测量。
（4）避雷器
避雷器是把系统中如雷电和操作过电压之类的异常电压抑制在规定值以内，从而保护以主变压器为主的机器设备。
（5）其它设备
变电站内除上述设备外，还有接地、屏蔽装置、站内电源蓄电池和照明设备等其它各种设备。
1.3变电站的种类
变电站是电力系统的中间环节，根据在电力系统的地位和作用，可分为以下几类：
一、枢纽变电站
枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为330KV以上，联系多个电源，出线回路多，变电容量大，全站停电后将造成大面积停电或系统瓦解，枢纽变电站对电力系统的运行稳定和可靠性起着重要作用。
二、中间变电站
中间变电站位于系统主干环形线路或系统主要干线的接口处，电压等级一般在330KV～220KV汇集处，2～3个电源和若干干线路，高电压侧的穿越功率为主，同时降压向地区用户供电，电站停电后，将引起区域电网的瓦解。
三、地区变电站
地区变电站是一个地区和一个中小城市的主要变电站，电压等级一般为220KV，全站停电后将造成该地区和城市供电的紊乱。
四、企业变电站
企业变电站是大中型企业的专用变电站，电压一般在35KV～220KV，1～2回进线。
根据电力系统规划，本变电所的规模如下:
电压等级：
220/110KV。
线路回数：
220KV8回出线，110KV2回出线，最终发展4回出线。
该变电站除供地区负荷外，还承担临近变电站能量传输，根据以上原始资料分析，我们确定该变电站类型为枢纽变电站。
1.4负荷分析
由原始资料分析可得出负荷情况如下表：
表1-1负荷分析
季节名称
最大负荷
MVA
最小负荷
MVA
最大负荷功率因数
最小负荷功率因数
（h）
夏季
140
110
0.79
0.8
5400
冬季
120
100
0.85
0.85
5400
第2章主变压器容量台数及形式的选择
2.1概述
在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。
如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。
因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。
在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。
选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。
2.2主变压器的选择
2.2.1主变压器台数的选择
由原始资料可知，我们本220KV受功率为主。
把所受的功率通过主变传输至110KV母线上。
若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。
为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。
当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。
而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。
考虑到两台主变同时发生故障机率较小。
适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。
故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。
2.2.2主变压器容量的选择
（一）主变压器选择的原则
（1）主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。
（2）根据变电所带负荷的性质和电网结构来器确定主变压器的容量，对于有重要的负荷的变电所，应当考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一台主变停运时，其他变电器容量应能保证全部负荷的70%～80%。
该变电所是按70%全部负荷来选择。
（3）为保证供电的可靠性，变电所一般装设两台主变压器，有条件的应考虑装设三台主变压器的可能性。
（4）变电所一般应优先考虑采用三相绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备较相应的两台绕组变压器要少的多。
（二）主变容量的确定
根据选择原则确定所选主变的台数为二台，每台主变额定容量为Sn。
当一台主变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。
220KV侧负荷的最大容量计算：
S1max=140/0.8=175MVA
110KV侧负荷的最大容量计算：
S2max=120/0.85=141.2MVA
通过变压器容量计算：
Sn=150MVA
2.2.3主变压器型式的选择
一、主变压器相数的选择
当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电所均应选择三相变压器。
而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。
单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。
故本次设计的变电所选用三相变压器。
二、绕组数的选择
由于题中给出变压器高压侧220KV，低压侧110KV,由于找不出这样电压等级的变压器，所以我们可以预订符合要求的变压器。
三、主变调压方式的选择
为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV及以上网络电压应符合以下标准：
（1）枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的1～1.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。
（2）电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%～100%。
调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。
由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。
四、连接组别的选择
变压器三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。
电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”
在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。
根据以上原则，主变一般是Y，d11常规接线。
双绕组变压器的接线组别一般为Y0，d11和Yn，d11
由以上综合分析可确定本次设计变压器绕组的接线方式采用Yn,d11。
五、主变压器冷却方式的选择
主变压器一般采用的冷却方式有：
自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。
自然风冷却：
一般只适用于小容量变压器。
强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。
但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。
所以，选择强迫油循环风冷却。
为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，220KV变电所中一般装设两台或两台以上主变压器。
当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络，配电设备，用电保护较复杂，且投资增大。
考虑到两台主变同时发生故障机率小，因此可采用两台，选择容量时应满足当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。
六、变压器的技术参数
根据以上条件选择，可以选择主变压器型号为SFPSZ7-120000/220的220KV双绕组电力变压器，变压器具体参数如下：
表2-1变压器的技术参数
型号
SSPL2-120000/220
联接组标号
Yn，d11
空载电流%
0.8
额定电压（KV）
高压
低压
额定容量MVA
220±8×1.25%
%
阻抗电压％
14
型号中个符号表示意义：
从左至右
S：
三相
S:
双绕组
P：
强迫油循环
L：
有载调压
2：
性能水平号
120000：
额定容量
220：
电压等级
七、电抗器的选择
电抗器是电力系统中用于限制短路电流、无功补偿和移相等的电感性高压电器。
按其绕组内有无主铁心分为铁心式电抗器和空心式电抗器。
当电路中发生短路时会产生很大的短路电流，对电气设备会产生危害。
因此，为减小其对设备的危害，应在电路中加入电抗器，以增大阻抗，减小短路电流。
按其作用可分为：
①限流电抗器。
串联于电路中，以限制短路电流的数值。
②并联电抗器。
一般接在超高压输电线的末端和地之间，起无功补偿作用。
③通信电抗器。
又称阻波器。
串联在兼作通信线路用的输电线路中，用以阻挡载波信号，使之进入接收设备。
④消弧电抗器。
又称消弧线圈。
接于三相变压器的中性点与地之间，用以在三相电网的一相接地时供给电感性电流，以补偿流过接地点的电容性电流，使电弧不易起燃，从而消除由于电弧多次重燃引起的过电压。
⑤滤波电抗器。
用于整流电路中减少直流电流上纹波的幅值；也可与电容器构成对某种频率能发生共振的电路，以消除电力电路某次谐波的电压或电流。
经分析，本设计应用变低出线电抗器的型号为XKGKL-10-3500-10。
第3章主接线设计
3.1概述
变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。
变电所的电气主接线是电力系统接线的重要部分，它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。
电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。
随着电力系统的不断发展、新技术的采用、电气设备的可靠性不断提高，设计主接线的观念也应与时俱进、不断创新。
变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。
变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。
它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。
一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。
因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。
3.2电气主接线的一般要求和主要原则
3.2.1电气主接线的一般要求
（1）应按电源情况、负荷性质、容量大小及邻近变配电所联系等因素确定主接线型式。
力求简单可靠，维护方便，使用灵活，便于发展。
（2）架空进线避雷器设在靠近变压器的架空进线处；电缆进线的避雷器设在进线开关后的母线上。
（3）一段母线设一组电压互感器。
当分段的单母线在正常运行时不为分段，亦可仅设一组电压互感器。
（4）设在母线上的电压互感器及避雷器可合用一组隔离开关。
（5）按电业局要求必须设置高压计费时，则必须在计费处装设电流互感器及电压互感器专柜。
（6）在所以进出线回路上按指示计量、继电保护的要求装设电流互感器。
（7）单电源的主接线，可以仅在断路器靠电源侧、装设隔离开关或隔离触头。
（8）在电源进线上应装设带电指示装置。
若采用真空断路器时，为防止操作过电压，应在供电变压器的10～35KV线路上装设阻容吸收器或氧化锌避雷器。
另外，对电气主接线还要求可靠性、灵活性、经济性，这三者是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一种特性。
但根据变电所在系统中的地位和作用的不同，对变电所主接线的性能要求也不同的侧重。
例如，系统中的超高压、大容量枢纽变电所，因停电会对系统和用户造成的损失较小，故对其主接线的经济性就特别重视。
3.2.2主接线选择的主要原则
（1）变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。
根据变电所在系统中的地位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。
（2）变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出故障时应处理的要求。
（3）各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。
（4）近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。
（5）在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。
3.3主接线方案设计
3.3.1方案拟定及技术比较
一、单母线分段
优点:
母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个供电电源，一段母线故障时（或检修）,仅停故障（或检修）段工作,非故障段仍可继续工作。
缺点:
当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出线,在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作。
通过该接线优缺点的分析,可见,方案一中35KV采用此接线方式，其优点是当一母线发生故障时,分段断路器能自动把故障切除,保证正常段母线不间断供电和不至于造成用户停电。
缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时,接在该母线上的回路都要在检修期间停电,所以,该接线方式对于35KV侧可以考虑。
另一方面是考虑到地区性一般变电所对经济性的考虑。
二、双母线接线
优点:
供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母线故障后，能迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便。
缺点:
接线复杂,设备多,母线故障有短时停电。
通过该接线优缺点的分析,可见,在方案一和方案二中的应用此接线方式,主要是因为它对供电可靠性的保证.也就是说,当一母线故障或检修的时候，由母联断路器向另一母线充电,直到完成母线转换过后，在断开母联断路器,使原工作母线退出运行。
缺点是当母线故障或检修的时候,会有短时停电，但是对于方案中的用户侧是可以考虑的。
三、双母线带旁路母线
优点：
供电性高，运行的灵活性高。
缺点：
所选用的设备较多，占地面积大，经济性较差。
通过该接线优缺点的分析,可见,在方案一应用此接线方式,主要是因为它对供电可靠性的保证.即是说,如果两条母线都发生故障或需要检修时，由旁路母线充当电源，直到完成母线转换过后，在断开母联断路器,使原工作母线退出运行.缺点是所选用的设备较多，占地面积大，经济性较差，但是对于方案中的用户侧是可以考虑的。
表3-1方案一与方案二的比较
方案
220KV
110KV
主变台数
方案一
双母线带旁路母线
单母线分段
2
方案二
双母线分段
双母线
2
方案一:
图3-1方案一主接线
方案二:
图3-2方案二主接线
3.3.2方案的经济性比较
一、从电气设备的数目及配电装置上进行比较
表3-2电气设备的比较
方案
项目
方案一
方案二
220KV侧
双母线带旁路母线
双母线分段
110KV侧
单母线分段
双母线
主变台数
2
2
断路器的数目
220KV
7
9
110KV
10
10
隔离开关的数目
220KV
24
22
110KV
18
18
二、计算综合投资
（1）Z＝（1＋）（元）
式中:
—为主体设备的综合投资,包括变压器﹑高压断路器﹑高压隔离开关及配电装置等设备的中和投资;
—为不明显的附加费用比例系数,一般220取70％,110取90％.
（2）主体设备的综合投资如下
主变的详情
主变容量（MVA）
每台主变的参考价格（万元/台）
变压器的投资（万元）
240
820
2×820＝1640
220KV侧型断路器
每台断路器的参数价格
（万元/台）
方案一断路器投资
（万元）
方案二断路器的投资
（万元）
105
7×105＝735
9×105＝945
220KV侧型隔离开关
每台隔离开关的参数价格（万元/台）
方案一隔离开关投资（万元）
方案二隔离开关的投资
（万元）
5.5
24×5.5＝132
22×5.5＝121
110KV侧型断路器
每台断路器的参数价格
（万元/台）
方案一断路器投资
（万元）
方案二断路器的投资
（万元）
65
10×65＝650
10×65＝650
110KV侧型隔离开关
每台隔离开关的参数价格（万元/台）
方案一隔离开关投资
（万元）
方案二隔离开关的投资
（万元）
2.5
18×2.5＝45
18×2.5＝45
每台隔离开关的参数价格（万元/台）
方案一隔离开关投资
（万元）
方案二隔离开关的投资
（万元）
1.7
16×1.7＝27.2
27×1.7＝45.9
配电装置
接线方式
单母分段
双母线
双母线带旁路母线
双母分段
投资（万元）
560
940
1800
1200
综合投资
方案一
方案二
主体设备总投资（万元）
＝2×820＋735＋132＋650＋45＋1800＋560＝5562
＝2×820＋945＋121＋650＋45＋1200＋940＝5541
综合投资（万元）
Z＝（1＋）＝5562（1+0.7）=9455.4
Z＝（1＋）＝5541×（1＋0.7）＝9419.7
三、计算年运行费用U:
U＝a△A＋＋（万元）
又
在正常情况下,两台相同型号的,正常的变压器所消耗的电能损耗a△A应差不多,总体来说,略大于,在此情况下,我们应该优先选用安全可靠,便于检修的方案,所以我们还是选用方案一.
第4章短路电流计算基础
4.1概述
短路电流计算在变电所的电气设计中是一个非常重要的环节，计算短路电流是合理选取各种电气设备的前提条件。
在三相系统中，可能发生的短路有：
三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。
其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。
电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少
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