110KV无人值班降压变电站的设计毕业设计.docx

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110KV无人值班降压变电站的设计毕业设计

110KV无人值班降压变电站的设计毕业设计

110KV无人值班降压变电站的设计

摘要随着我国工业的发展,各行业对电力系统的供电可靠性好稳定性的要求日益提高。

变电站是连接电力系统的中间环节,用以汇集电源、升降电压和分配电能。

变电站的安全运行对电力系统至关重要。

本次毕业设计以110KV变电站为主要设计对象,该110KV变电站是地区重要变电站,是电力系统110KV电压等级的重要部分。

该变电站设有2台主变压器,站内主接线分为110KV、35KV和10KV三个电压等级。

本设计的第一章为绪论,主要阐述了变电站在电力系统中的地位以及发展趋势,设计变电站的原则、目的以及变电站的基本情况和相关基本概念。

第二章是负荷计算及变压器的选择,根据已知的变电站负荷资料对变电站进行负荷计算,通过得出的负荷确定了主变压器的容量、台数、型式及阻抗,并进行无功补偿的计算。

第三章是变电站电气主接线的设计,分别通过对110KV、35KV、10KV侧电气主接线的拟定,选择出最稳定可靠的接线方式。

第四章是短路电流计算,首先确定短路点,计算各元件的电抗,然后对各短路点分别进行计算,得出各短路点的短路电流。

第五章是电气设备的选择,电气设备包括母线、断路器、隔离开关、电流和电压互感器、熔断器、接地刀闸和电抗器。

第六章是继电保护,主要从变压器、母线、输电线路等方面阐述继电保护的配置原则及整定计算。

第七章是无人值守变电站自动化系统部分,主要讲述无人值班变电站的实现方式。

通过对110KV变电站的设计,是我对电气工程及其自动化专业的主干课程有了一个较为全面、系统的掌握,增强了理论联系实际的能力,提高了工程意识,锻炼了我独立分析和解决电力工程设计问题的能力。

关键词:

单母线分段主接线短路计算变压器继电保护无人值班

AbstractWiththedevelopmentofindustry,theincreasingrequirementsofthevarioussectorsofthestabilityofpowersystemreliabilityThetransformersubstationisconnectedtothepowersystemofintermediatelinks,tobringtogetherthepower,liftingvoltageanddistributionofelectricenergy.Substationsafeoperationofthepowersystemisessential.Thisgraduationprojecttakethe110KVtransformersubstationasthemaindesignobject,this110KVtransformersubstationisthelocalimportanttransformersubstation,istheelectricalpowersystem110KVvoltagerankimportantpart.Thistransformersubstationisequippedwith2maintransformers,inthestationthehostwitingdividesinto110KV,35KVand10KVthreevoltagesranksThisdesignfirstchapterisanintroduction,mainlyelaboratedthetransformersubstationinelectricalpowersystemstatus.Designsthetransformersubstationtheprincipleandthegoalaswellasthetransformersubstationbasicsituation.Secondchapterisshouldersthecomputationandthetransformerchoice,carriesontheloadcomputationaccordingtotheknowntransformersubstationloadmaterialtothetransformersubstation.Throughtheloadwhichobtainshaddeterminedthehostchangesthecapacityandanumber,thehostchangethepattern,thewindingwiringway,theaccentpressthewayandthehostchangestheimpedance.Thirdchapteristhetransformersubstationelectricityhostwiringdesign,separatelythroughto110KV,35KV,10KVsideelectricityhostwiringdrawingup,choosesthestablestreliablewiringway.Fourthchapteristheshortclasscomputation,firstdeterminedshort-circuitsthespot,calculatesvariouspartsreactance,thentorespectivelyshort-circuitsseparatelytocarryonthecomputation,obtainsrespectivelyshort-circuitstheshort-circuitcurrent.Fifthchapteristheelectricalequipmentchoice,theelectricalequipmentincludingthegeneratrix,thecircuitbreaker,theisolator,theelectriccurrentandthevoltagetransformer,thefuse,groundingswitchandreactor.Sixthchapterisrelayprotection,mainlyfromthetransformersubstation,thehostwiring,transmissionlinesdescribestheconfigurationoftherelayprotectionprinciplesandsettingcalculation.Seventhchapterispartofunmannedsubstationautomationsystems,focusesontheimplementationoftheunmannedsubstationThroughtothe110KVtransformersubstationdesign,causesmehastotheelectricalengineeranditstheautomatedspecializedbranchcurriculumtobecomprehensive,systemgrasping,strengthenedapplytheorytorealitytheability,raisedtheprojectconsciousness,exercisedmeindependentlytoanalyzeandthesolutionelectricpowerprojectdesignquestionability.

Keywords:

SinglebusbarmainwiringShort-circuitsthecomputationTransformerprotectionUnmannedsubstationautomationsystems

目录

摘要I

AbstractII

1.绪论1

1.1变电站的设计原则和目的1

1.2变电站的基本情况1

1.3变电站相关基本概念2

2.负荷计算及变压器的选择4

2.1负荷计算4

2.1.1负荷资料4

2.1.2负荷计算4

2.2主变压器的选择5

2.2.1主变压器容量和台数的确定5

2.2.2主变压器型式的确定6

2.2.3.1绕组连接方式选择6

2.2.4.2调压方式的选择6

2.2.5主变压器阻抗的选择6

2.3无功补偿7

2.3.1补偿作用7

2.3.2补偿容量的计算7

2.3.3电容器接线方式9

3.电气主接线的设计11

3.1主接线设计的要求及原则11

3.1.1设计要求11

3.1.2设计原则12

3.2主接线形式的选取13

3.2.1110KV侧主接线方案的选取13

3.2.235KV侧主接线方案选取16

3.2.310KV侧主接线方案选取18

4.短路电流计算20

4.1短路电流计算的目的20

4.2短路电流计算21

4.2.1各元件电抗计算及等值电路图21

4.2.2110KV母线侧短路电流的计算23

4.2.335KV母线侧短路电流的计算24

4.2.410KV母线侧短路电流的计算25

5.电气设备的选择26

5.1电气设备选择的一般原则26

5.2载流导体的选择27

5.2.1110KV侧载流导体的选择27

5.2.235KV侧载流导体的选择28

5.2.310KV侧载流导体的选择29

5.3断路器和隔离开关的选择及校验31

5.3.1110KV侧31

5.3.235KV侧32

5.3.310KV侧34

5.4电流互感器的选择37

5.4.1110KV侧电流互感器的选择37

5.4.235KV侧电流互感器的选择38

5.4.310KV侧电流互感器的选择39

5.5电压互感器的选择39

5.6高压熔断器的选择41

5.7电抗器的选择41

5.8接地刀闸的选择43

5.9避雷器的选择43

6.继电保护45

6.1电力系统继电保护配置原则46

6.1.1变压器保护配置原则46

6.1.2输电线路保护配置原则48

6.2继电保护整定计算54

6.2.1继电保护整定计算的目的54

6.2.2继电保护整定计算的基本任务55

6.2.3继电保护整定计算的步骤56

6.2.4变压器保护相关整定计算56

7.变电站综合自动化60

7.1变电站无人值班自动化概述61

7.1.1变电站无人值班自动化系统配置模式61

7.1.2变电站自动化体系结构64

7.1.3变电站无人值班自动化系统设计要求65

7.1.4变电站无人值班自动化应具备的条件65

7.2变电站远程监控系统65

7.2.1变电站远程监控系统设计原则65

7.2.2变电站远程监控系统的监控功能66

7.3变电站远程监控系统上位机显示界面67

参考文献67

中英文翻译69

致谢96

附录一98

附录二99

1.绪论变电站是电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行,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,并为电力系统运行的稳定性、可靠性、安全性和经济性提供保证。

随着电力工业的飞速发展,我国电力系统已进入大电网、高电压、大机组、高参数和高自动化时代,电网的建设与运行必然突出以经济效益为中心,以安全可靠为基础,以可持续发展为目的,以保护环境与自然相协调为己任,达到人与自然、社会的协调统一,这就使得变电站采用无人值班的运行方式成为目前变电站设计的一个主流方向。

无人值班变电站能够实现科学管理,提高电网的科技发展水平,有效提升变电站的工作效率,提高电网的安全性能,实现电力生产管理的现代化,促进电网稳定、安全的运行,对经济发展起到积极的推动作用。

1.1变电站的设计原则和目的变电站的设计应根据工程的5~10年发展规划进行,做到远近结合、以近为主,正确处理近期建设与远景发展的关系,适当考虑扩建的可能性:

结合本地区电网规划、电网调度自动化系统规划和通信规划,根据电网结构、变电站地理环境、交通、消防条件、站地区社会经济状况,因地制宜地制定设计方案;除按照电网规划中规定的变电站在电网中地位和作用考虑其控制方式外,其与电网配合、继电保护及安全自动装置等均应能满足运行方式的要求;自动化技术装备上要坚持安全、可靠、经济实用、正确地处理近期建设与远期发展关系,做到远近结合;节约用电,减少建筑面积,既降低电网造价,又满足了电网安全经济运行;对一、二次设备及土建进行必要简化,取消不必要措施;满足备用电源自投、无功功率和电压调节的要求。

以支持当地工业用电要求,为其可持续健康发展奠定坚实的基础。

1.2变电站的基本情况为满足清河开发区用电要求,提高对开发区供电的可靠性和电能质量,根据系统发展规划,拟建设一座110/35/10KV的区域性终端变电站,设计原始资料要求如下:

主供电源由北郊变110KV母线供给,一回由北郊变直接供给,另一回由北郊变经大明湖供给形成环形网络

电压等级:

110/35/10KV

设计容量:

拟设计安装两台主变压器

进出线及负荷情况:

①110KV侧,2回进线、4回出线;

②35KV侧,2回进线、6回出线;

③10KV侧,2回进线、14回出线;

所设计变电所具有高可靠性、电力建设造价尽量低的特点,同时所有一次设备的实时状态信息通过上位机界面显示出来。

1.3变电站相关基本概念①按突然中断供电造成的损失程度分为:

一级负荷、二级负荷、三级负荷。

一级负荷中断供电将造成人身伤亡和将在政治经济上造成重大损失,如造成重大设备损坏,打乱重点企业生产次序并需要长时间的恢复,重要铁路枢纽无法工作,经常用于国际活动的场所的负荷。

②一级负荷供电可靠性要求高,一般要求有一个以上的供电电源（来自不同的变电所或发电厂,或虽来自同一变电所,但故障时不相互影响不同母线段供电）。

③同时率:

各用户负荷最大值不可能在同一时刻出现,一般同时率大小与电力用户多少、各用户的用电特点有关。

对所建变电所在电力系统中的地位、作用和用户的分析,变电所根据它在系统中的地位,可分为以下几类:

④枢纽变电所:

位于电力系统的枢纽点,连接电力系统的高压和中压的几个部分,汇集多个电源,电压为330--500kv的变电所,成为枢纽变电所,全所停电后,将引起系统的瘫痪。

⑤中间变电所:

高压侧以交流潮流为主,起系统交换功率的作用,或是长距离输电线路分段,一般汇集2-3个电源,电压为220-330kv,同时降压供当地使用,这样的变电所主要起中间环节的作用,所以叫中间变电所。

全所停电后将引起区电网瓦解。

⑥地区变电所:

高压侧一般为110-220kv,向当地用户供电为主的变电所,这是一个地区或城市的主要变电所。

全所停电后,仅使该地区中断供电。

⑦终端变电所:

在输电线路的终端,接近负荷点,高压侧多为110kv经降压后直接向用户供电的变电所,全所停电后仅使用户中断供电。

2.负荷计算及变压器的选择

2.1负荷计算

2.1.1负荷资料

1）35KV侧:

最大负荷为42MW,cosφ0.95,重要负荷占65%;

2）10KV侧:

具体负荷情况如表2-1所示。

表2-110KV用户负荷统计资料

序号用户名称最大负荷（kW）cosφ回路数

1矿机厂18000.852

2机械厂9000.792

3电机厂24000.882

4炼油厂20000.902

5冶金厂6000.842

6汽车厂21000.952

备注重要负荷占62%

2.1.2负荷计算负荷计算采用:

需用系数法计算电力负荷。

公式如下:

（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）最大负荷时:

1）35KV出线侧负荷计算

2）10KV出线侧负荷计算于是母线侧的总负荷为:

2-5

2-6则系统在最大运行方式下的计算负荷为:

2-7

2.2主变压器的选择主变压器的选择主要包括变压器的容量、变压器的台数、变压器的型式、绕组连接方式、变压器的调压方式和对变压器的阻抗选择。

一下分别根据本次设计进行详细的阐述。

2.2.1主变压器容量和台数的确定主变压器的容量一般按变电所建成5~10年的规划负荷选取,并适当的考虑到远期10~20年的负荷发展。

再者,可根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。

对于有重要负荷的变电站,应考虑当一台主变故障或检修停运时,其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内,应能保证用户的一级和二级负荷,一般性变电所,应能保证全部负荷的70%。

根据负荷计算:

主变压器的台数,对于开发区的一次变电站应以装设两台变压器为宜,故选择两台40000KVA主变压器。

2.2.2主变压器型式的确定变压器采用三相或单相,主要考虑变压器的制造条件、可靠性及运输条件等因素,在不受运输条件限制时,330KV及以下的变电所均应选用三相变压器,对具有三种电压的变电所,如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上时,采用三绕组变压器,本变电站变压器各侧绕组的功率均达到了总容量的15%,故选三相三绕组变压器。

2.2.3.1绕组连接方式选择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星形和三角形,如何组合要根据具体工程来确定,我国110KV及以上电压变压器绕组都采用Y0连接,35KV采用Y连接,35KV以下电压等级变压器绕组都采用Δ连接,所以本变电所主变压器绕组连接方式为Y0/Y/Δ

2.2.4.2调压方式的选择普通型的变压器调压范围很小,仅为±5%而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时,仅靠调整普通变压器的分接头就无法满足要求,有载调压的调整范围较大,一般在15%以上,而且,既要向系统传输功率,又可能从系统倒送功率,要求母线电压恒定保证供电质量的情况下,有载调压变压器可以实现。

因此选用有载调压变压器。

2.2.5主变压器阻抗的选择对于三绕组变压器目前在制造商有两种基本的组合方式,即“升压结构”和“降压结构”。

“升压型”的绕组排列顺序为自铁芯向外一次为中、低、高,所以变压器中压侧阻抗最大。

“降压型”的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为低、中、高,所以高、低压侧阻抗最大。

根据以上综合比较,所选主变压器的特性数据如下:

型式:

SFSZ10-40000/110

连接组别号:

Yn/yn0/d11

调压范围为:

高压110±8×1.25%中压35、36.6、38.5±2×2.5%低压6.3、6.6、10.5、11

阻抗电压为:

高?

中10.5高?

低17.5中?

低6.5

结构形式为:

降压结构

空载损耗（kW）:

36.6

负载损耗（kW）:

178.5

空载电流（%）:

0.2

2.3无功补偿无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗,同时对增强系统的稳定性有重要意义。

无功补偿方式有两种:

即高压集中补偿和低压分散补偿。

补偿装置分为串联补偿装置和并联补偿装置两类。

2.3.1补偿作用1）对110KV及以下电网中的串联电容补偿装置:

用以减少线路电压降,降低受端电压波动,提高供电电压,在闭合电网中,改善潮流分布,减少有功损耗。

2）在变电所中,并联电抗补偿装置常接在主变压器的低压侧,对调相机,并联电容补偿装置和静止补偿装置都直接连接或通过变压器并接于需补偿无功的变电所、换流站的母线上,也可连接在变电所110KV电压母线上。

3）补偿装置设置于发电厂、变电所、配电所、换流站或开关站中,大部分连接在这些厂站母线上,也有的补偿装置是并联或串联在线路上。

2.3.2补偿容量的计算根据设计原始资料得知,该站10KV侧出现部分需要补偿,要求功率因数补偿到0.95以上,根据该站情况采用在低压侧并联电容器的方法进行补偿。

要求补偿的无功容量为:

2-8

其中,故。

每相补偿的电容值为:

（2-9）

则每项补偿的具体情况如下:

矿机厂:

故电容值选择数值至少为5.54μf,每相装设一个电容器。

机械厂:

故电容值选择数值至少为4.299μf,每相装设一个电容器。

电机厂:

故电容值选择数值至少为5.35μf,每相装设一个电容器。

炼油厂:

故电容值选择数值至少为3.185μf,每相装设一个电容器。

冶金厂:

故电容值选择数值至少为2.038μf,每相装设一个电容器。

汽车厂:

故该回出线无需进行无功补偿。

2.3.3电容器接线方式对变电所进行无功补偿,主要是补偿主变和负荷的无功功率。

对于负荷的无功功率补偿容量的计算在上文中已经进行,补偿装置选择为并联电容器,装设在变电所低压侧,采用中性点不接地方式。

对主变压器的无功补偿容量,现场经验一般按主变压器容量的10%-15%来确定。

本设计中主变容量为40000KVA,故并联电容器的容量为4000KVA-6000KVA为宜。

在此设计中取6000KVA。

并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（Δ）两种。

经常使用的还有由星形派生出来的双星形,在某种场合下,也采用由三角形派生出来的双三角形。

本设计采用双星形接线。

因为双星形接线更简单,而且可靠性、灵敏性都高,对电网通讯不会造成干扰,适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。

3.电气主接线的设计

3.1主接线设计的要求及原则

3.1.1设计要求电气主接线是变电站设计的首要任务,也是构成电力系统的重要环节。

主接线方案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关,并对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

因此,主接线的设计必须正确处理好各方面的关系,全面分析论证,通过技术经济比较,确定变电所主接线的最佳方案。

可靠性对于一般技术系统来说,可靠性是指一个元件、一个系统在规定的时间内一定条件下完成预定功能的能力。

电气主接线属可修复系统,其可靠性用可靠度表示,即主接线无故障工作时间所占的比例。

主接线可靠性的具体要求:

①断路器检修时,不宜影响对系统的供电;

②断路器或母线故障,以及母线或母线隔离开关抢修时,尽量减少停运出线的回路数和停运时间,并保证对I、Ⅱ类负荷的供电;

③尽量避免发电厂或变电站全部停电;

④对装有大型机组的发电厂及超高压变电所,应满足可靠性的特殊要求;

2）灵活性①调度灵活,操作方便,应能灵活地投入或切除机组、变压器或线路,灵活的调配电源和负荷,满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求;②检修安全,应能方便地停运线路、断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求;③扩建方便,在设计主接线时应留有余地,应能容易地从初期过渡到最终接线,使在扩建时一、二次设备所需的改造最少。

3）经