35kV变电站一次部分设计毕业论文可编辑Word下载.docx
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AbstractII
绪论1
1主变压器的选择2
11主变压器选择2
com主变压器选择的相关原则2
com主变压器台数的确定2
com变电所主变压器容量的确定原则2
com待设计变电所主变压器容量的计算和确定2
12主变压器型式的选择3
com主变压器绕组数的确定3
com主变压器相数的确定3
com主变压器调压方式的确定3
com主变压器绕组连接组别的确定3
2电气主接线的选择5
21主接线设计的相关原则和基本要求5
com主接线的设计原则5
com主接线设计的基本要求6
22主接线设计方案的拟订及比较7
com方案一单母不分段接线7
com方案二单母线分段接线8
com方案三单母线分段带旁路母线接线9
com方案四桥形接线10
23方案分析10
3短路电流计算12
31短路发生的原因12
32短路的种类12
33短路计算的目的12
34短路计算的一般规定14
35短路计算点的选择14
36短路电流的计算14
4变电所电气设备的选择18
41电气设备选择的一般原则18
com按正常工作条件选择电气设备18
com按短路状态进行校验19
42高压断路器的选择与校验19
com高压断路器的选择19
com35kV侧断路器的校验20
43隔离开关的选择与校验21
com隔离开关的选择21
com隔离开关的校验21
44电压互感器的选择和校验22
45电流互感器的选择和校验22
com电流互感器的选择22
46进线与出线的选择与校验23
com母线及电缆的选择原则23
com母线及电缆的选型23
com母线及电缆截面的选择23
47架空线路的校验24
com35kV架空线路的选择与校验24
com10kV电缆的选择与校验25
5接地装置与防雷设计27
51接地概述27
com接地的要求27
com接地的种类27
52防雷设计27
com避雷器的选择28
com直击雷保护28
com感应雷保护29
6继电保护及其配置31
6135kV及以下中性点非直接接地电网中线路保护配置31
com相间短路的电流和电压保护的配置31
com单相接地零序电流保护的配置与整定计算32
62短线路纵差保护的整定计算32
63变压器保护的配置32
com纵联差动保护33
com变压器相间短路的后备保护33
com变压器接地短路后备保护33
com变压器过负荷保护33
com变压器非电量保护34
64母线保护及断路器失灵保护34
com母线保护34
com断路器失灵保护35
结论37
致谢38
主要参考文献39
附录1降压变电所主接线40
绪论
本设计是35KV降压变电所一次部分设计论文共分为六章分别对变电站一次部分一次个方面进行阐述
第1章根据文献规范要求与对实际工程的负荷资料分析并考虑到未来5～10年远期的规划从而确定主变压器的台数为两台容量为8000kVA确定主变压器的型式之后再对主变压器的相数绕组数绕组连接方式调压方式冷却方式等进行选择并确定此外对站用变的台数容量和型式进行选择
第2章先讲述了主接线在变电站设计中具有重要意义并概述了四种常见的主接线形式对此分别列举了其优缺点然后根据实际工程从可靠性灵活性和经济性出发对四种接线形式进行综合比较最终确定本设计的主接线型式为内桥接线
第3章概述了短路电流计算的必要性和其基本假设另外分析与确定短路点的位置并分别从最大运行方式和最小运行方式下进行计算本课题短路电流的计算方法是用标幺值法计算出总电抗值并推导出短路电流值与冲击电流值等
第4章是变电所设计的重要内容也是难点所在本章所涉及到的电气设备包括断路器隔离开关互感器母线及架空线先通过额定电压电流等参数初定设备的型号并根据第四章短路电流的计算结果对设备进行校验并考虑到是否符合实际工程情况才最终确定下来
第5章大致介绍了接地装置的概念要求与种类以及防雷设计的意义避雷器的选择和直击雷感应雷的保护措施本章中着重讲到接地装置与防雷设计并非绝对的不能一概而论需要因地制宜
第6章是介绍继电保护及保护装置分为35kV及以下中性点非直接接地电网中线路保护配置短线路纵差保护的整定计算变压器保护的配置母线保护及断路器失灵保护
1主变压器的选择
11主变压器选择
com主变压器选择的相关原则
1对于只供给二类三类负荷的变电站原则上只装设一台变压器
2对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站应选用两台两台相同容量的主变压器每台变压器的容量应满足一台变压器停运后另一台变压器能供给全部一类负荷在无法确定一类负荷所占比重时每台变压器的容量可按计算负荷的70～80选择
3对大城市郊区的一次变电站如果中低压侧已构成环网的情况下变电站以装设两台为宜对地区性孤立的一次变电站在设计时应考虑装设三台主变的可能性对于规划只装两台主变的变电站其变压器的基础宜按大于变压器容量的1～2级设计
com主变压器台数的确定
待设计变电站由6KM处的系统变电所用35KV双回架空线路供电以10KV电缆供各车间供电该变电所的一车间和二车间为Ⅰ类负荷其余的为Ⅱ类负荷Ⅰ类负荷要求有很高的供电可靠性对于Ⅰ类用户通常应设置两路以上相互独立的电源供电同时Ⅱ类负荷也要求有较高的供电可靠性由选择原则的第2点结合待设计变电站的实际情况为提高对用户的供电可靠性确定该变电站选用两台相同容量的主变压器
com变电所主变压器容量的确定原则
1按变电所建成后5～10年的规划负荷选择并适当考虑10～20年的负荷发展
2对重要变电所应考虑一台主要变压器停运后其余变压器在计算过负荷能力及允许时间内满足ⅠⅡ类负荷的供电对一般性变电所一台主变压器停运后其余变压器应能满足全部供电负荷的70～80
com待设计变电所主变压器容量的计算和确定
变电所主变的容量是由供电负荷综合最大负荷决定的
1-1
1-2
1-3
每台变压器的容量按计算负荷的80选择
1-4
经查表选择变压器的型号为SZ9-800035即额定容量为8000
因为＞即选择变压器的容量满足要求
12主变压器型式的选择
com主变压器绕组数的确定
国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式三绕组式自耦式以及低压绕组分裂式等变压器待设计变电所有35KV10KV两个电压等级且是一座降压变电所宜选用双绕组普通式变压器
com主变压器相数的确定
在330KV及以下电力系统中一般都应选用三相变压器因为单相变压器组相对来说投资大占地多运行规模也较大同时配电装置结构复杂也增加了维修工作量待设计变电所谓35KV降压变电所在满足供电可靠性的前提下为减少投资故选用三相变压器
com主变压器调压方式的确定
为了确保变电所供电量电压必须维持在允许范围内通过变压器的分接头开关切换改变变压器高压侧绕组匝数从而改变其变比实现电压调整切换方式有两种不带电切换称为无励磁调压调整范围通常在225以内另一种是带负荷切换称为有载调压调整范围可达30但其结构较复杂价格较贵由于待设计变电所的符合均为ⅠⅡ类重要负荷为确保供电质量有较大的调整范围我们选用有载调压方式
com主变压器绕组连接组别的确定
变压器的连接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方式只有星形和三角形两种因此对于三相双绕组变压器的高压侧110KV及以上电压等级三相绕组都采用YN连接35KV及以下采用Y连接对于三相双绕组变压器的低压侧三相绕组采用d连接若低电压侧电压等级为380220V则三相绕组采用yn连接在变电所中为了限制三次谐波我们选用Ynd11常规连接的变压器连接组别
综上得该变电所的主变型号及相关参数如下表1-1所示
表1-1主变型号及相关参数
变压器型号额定容量KVA额定电压KVnd1198442757509
2电气主接线的选择
变电所电气主接线是指变电所的变压器输电线路怎样与电力系统相连接从而完成输配电任务变电所的主接线是电力系统接线组中的一个重要组成部分主接线的确定对电力系统的安全稳定灵活经济运行以及变电所电气设备的选择配电装置的布置继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响
21主接线设计的相关原则和基本要求
com主接线的设计原则
123451232主接线设计方案的拟订及比较
待设计变压所为一座35KV降压变电所以10KV电缆线各车间供电距本变电所6KM处有一系统变电所用35KV双回架空线向待设计的变电所供电在最大运行方式下待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA待设计变电所的高压部分为二进二出回路为减少断路器数量及缩小占地面积可采用内桥接线和外桥接线变电所的低压部分为二进八处回路同时考虑以后装设两组电容量要预留两个出线间隔故10KV回路应至少设有10回出线其中一车间和二车间为Ⅰ类负荷其余为Ⅱ类负荷其主接线可采用单母不分段接线单母分段接线和单母分段带旁路接线综上所述该变电所的主接线形式初步拟定为4种
com方案一单母不分段接线
只有一组母线的接线称为单母线接线在变电所中其供电电源是变压器或高压进线回路单母线接线中母线既可以保证电源并列工作也可以保证任何一条出线都可以从电源G1或G2中获得电能每条回路中都装有断路器和隔离开关可以开断或接通电路各回路输送功率不一定会相等应尽量使负荷均衡地分配到母线上以减少功率在母线上的传输
优点接线简单清晰设备较少经济性好操作比较方便便于扩建和采用成套配电装置
缺点可靠性和灵活性较差当主要电气元件出现故障或进行检修时必须断开它所接的电源所有回路均要停止运行这样会使整个配电装置停电此外单母线接线调度不方便电源只能并列运行而不能分列运行若线路侧发生短路时有较大的短路电流产生
图2-1单母不分段接线
G电源进线QF断路器W母线QS隔离开关
QE接地开关WL出线
com方案二单母线分段接线
单母线分段接线对重要用户来说可以从不同段引出两回馈电线路由两个电源供电单母线是用分段断路器QFD进行分段的为了防止因电源断开而引起的停电可以在分段断路器QFD上安装备用电源自动投入装置这样在任一分段的电源断开时会将QFD自动接通
优点供电可靠性较高单母线分段有两个电源供电当一段母线发生故障分段断路器会自动将故障段切除而正常段母线则继续供电这样保证不间断供电和不致使重要用户停电
缺点当一段母线或母线隔离开关故障或检修时该段母线内停止供电若出线为双回路时常使架空出线呈交叉跨越使整个母线系统可靠性受到限制此外占地面地大投资较多
com方案三单母线分段带旁路母线接线
单母线分段带旁路母线接线常采用以分段断路器兼作旁路断路器的接线两段母线均可带旁路母线正常运行时旁路母线W2不带电以单母线分段方式进行当QF1作为旁路断路器运行时12段母线可分别按单母线方式运行也可以通过隔离开关QS5合并为单母线运行
优点供电可靠性和灵活性高增设旁路母线可以在检修出线断路器时不会中断该回路供电
缺点增设旁路母线即多装了价格高的断路器和隔离开关增加了投资占地面积大操作也相对复杂
com方案四桥形接线
图2-4桥形接线
1内桥线路的特点
①线路操作方便
②正常运行时变压器操作复杂
③桥回路故障或检修时全厂分列为两部分使两个单元间失去联系
内桥接线试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发电厂和变电站中
2外桥接线的特点
①变压器操作方便
②线路投入与切除时操作复杂
③桥回路故障或检修时全厂分列为两部分使两个单元之间失去联系
外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性较小和变压器需要经常切换且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中
23方案分析
方案一采用单母线不分段接线虽然简单灵活但其可靠性不高当接到母线上任一元件公章时均使整个配电装置停电且带设变电所的符合均为Ⅰ类Ⅱ类中药符合因此方案一种的单母线不分段接线不能满足Ⅰ类Ⅱ类负荷供电可靠性的要求
方案二与方案三中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源提高了供电的可靠性为了确保当任何一路电源发生故障或检修时都不回中断对重要用户Ⅰ类负荷的用电可分别在每段母线上都设有一车间与二车间的出现间隔方案二与方案三的可靠性都较高加设旁路母线的方案三可使出现线路上断路器故障或检修时通过旁路母线使用电不用中断相比之下方案三的供电可靠性要比方案二高但由于加设旁路母线也带来了倒闸操作复杂等负面影响即方案三灵活性要低于方案二为最终确定带设变电所的主接线方式对方案二与方案三进行经济比较当损耗费用相同时方案三的年运行费高而且近年来系统的发展电力系统接线的可靠性有了较大提高220KV以下电网建设的目标是逐步实现N-1或N-2的配置这样有计划地进行设备检修不会对用户的供电产生影响不需要通过旁路断路器来代替检修断路器由于设备制造水平的提高高质量的断路器不断出现例如现在广泛采用的SF6断路器真空断路器运行可靠性大幅度提高使旁路母线的使用几率也在逐年下降由于现今的变电站都有向无人值班方式设计趋势旁路母线给无人值班带来不便故新建工程中基本上不再采用带旁路母线的接线方式所以经综合分析比较后最终确定方案二为该变电所的电气主接线方式即35KV高压部分采用内桥接线10KV低压部分采用单母分段接线方式
3短路电流计算
所谓短路是指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接在中性点直接接地系统中或三相四线制系统单相或多相接地
31短路发生的原因
产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏绝缘损坏的原因多是设备的过电压直接遭受雷击绝缘材料陈旧绝缘缺陷未及时发现和消除此外如输电线路断线线路倒杆倒塔也能造成短路事故
32短路的种类
三相系统中短路的基本类型有三相短路两相短路单相接地和两相接地短路
三相短路为对称短路短路电流交流分量是对称的只是线路中的电流增大电压降低而已而电流和电压之间的相位差一般也较正常工作情况是为大在对称三相系统中三相阻抗相同三相电压和电流的有效值相等因此对于三相系统三相短路的分析计算可只分析和计算其中一相
两相短路单相接地和两相接地短路以及单相断线和两相断线均为不对称故障当电力系统发生不对称故障时三相阻抗不同三相电压和电流有效值也不相等相与相之间的相位差也不相等
运行经验表明在中性点直接接地系统中最常见的短路是单相短路约占短路故障的65～70两相短路约占10～15两相接地短路约占10～20三相短路约占5
虽然三相短路所占比例较小但是三相短路的短路电流最大相对破坏和造成的后果也是最为严重的所以在本次设计中短路电流的分析和计算中只要求计算三相短路即可如三相短路情况下满足设计要求那出现其它形式的短路也能够满足本设计的要求
33短路计算的目的
短路故障对电力系统的正常运行影响很大所造成的后果也十分严重因此在系统的设计设备的选择以及系统运行中都应该着眼于防止短路故障的发生以及在短路故障发生后腰尽量限制所影响的范围短路的问题一直是电力技术的基本问题之一无论从设计制造安装运行和维护检修等各方面来说都必须了解短路电流的产生和变化规律掌握分析计算短路电流的方法
短路电流计算具体目的是
1选择电气设备电气设备如开关电气母线绝缘子电缆等必须具有充分的电动力稳定性和热稳定性而电气设备的电动力稳定性和热稳定性的效验是以短路电流计算结果为依据的
2继电保护的配置和整定系统中影配置哪些继电保护以及继电保护装置的参数整定都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析而且不仅要计算短路点的短路电流还要计算短路电流在网络各支路中的分布并要作多种运行方式的短路计算
3电气主接线方案的比较和选择在发电厂和变电所的主接线设计中往往遇到这样的情况有的接线方案由于短路电流太大以致要选用贵重的电气设备使该方案的投资太高而不合理但如果适当改变接线或采取限制短路电流的措施就可能得到即可靠又经济的方案因此在比较和评价方案时短路电流计算是必不可少的内容
4通信干扰在设计110KV及以上电压等级的架空输电线时要计算短路电流以确定电力线对临近架设的通信线是否存在危险及干扰影响
5确定分裂导线间隔棒的间距在500KV配电装置中普遍采用分裂导线做软导线当发生短路故障时分裂导线在巨大的短路电流作用下同相次导线间的电磁力很大使导线产生很大的张力和偏移在严重情况下该张力值可达故障前初始张力的几倍甚至几十倍对导线绝缘子架构等的受力影响很大因此为了合理的限制架构受力工程上要按最大可能出现的短路电流确定分裂导线间隔的安装距离
短路电流计算还有很多其他目的如确定中性点的接地方式验算接地装置的接触电压和跨步电压计算软导线的短路摇摆输电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等
34短路计算的一般规定
1验算导体和电器的动热稳定以及电器开断电流所用的短路电流应按本工程的设计规划容量计算并考虑电力系统的远景规划一般为本期工程建成后的5～10年
2确定短路电流时应按可能发生的最大短路电流的正常接线方式而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式
3选择导体和电器用的短路电流
4选择导体和电器时对不带电抗器的回路的计算短路点应选择在正常接线方式时短路电流的最大
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