110KV城北变电站电气一次系统设计资料(共17页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上郑州大学现代远程教育毕 业 设 计题 目：110kV城北变电站电气一次系统设计 入 学 年 月 2014.03 姓 名 蒋 莉 聪 学 号 专 业 电气工程及其自动化 联 系 方 式 学 习 中 心 驻马店汉 指 导 教 师 孙 丰 奇 完成时间2016年03月18日目 录摘 要-1 专心-专注-专业110kV城北变电站电气一次系统设计摘 要变电所是供电系统的枢纽，在供电系统中占有重要的地位。110kV变电所为一公用变电所，有三个电压等级。本次设计的变电所涉及方面多，考虑问题多，需要分析及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算。同时进行各种变压器的选择，从而进行短路电流计算和选择变电站的导线以及高低压电气设备。本变电所的初步设计包括了：（1）变电所总体分析与负荷分析（2）主变压器选择和电气主接线设计（3）电气设备选择通过本次变电所设计，我对大学所学的主干课程有一个较为全面、系统的掌握，同时增强了理论联系实际的能力以及提高了我的工程意识，为未来的实际工作奠定了必要的基础。关键词 变电所，变压器，继电保护1 变电所总体分析与负荷分析1.1 电力系统分析110kV变电所将位于近郊区，向市区工业、生活、各乡镇工业企业供电，属于新建变电所。它由系统S1、S2向它供电，S1容量2500MVA，S2容量600MVA，S1、S2直接向它供电。110kV区域降压变电站是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节，所以做好110kV变电站的设计是我国电网建设的重要环节。在目前的电网建设中，尤其是在110kV变电所的建设中，土地、资金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无线电干扰和噪声等环保问题、电能质量差等问题已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。所以110kV变电所需要采用节约资源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用率高的要求。110kV变电所的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，110kV变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，110kV变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。1.2负荷分析1.2.1负荷大小和重要性一级负荷：必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源断开后，能保证对全部一级符合不间断供电；二级负荷：一般要有两个独立的电源供电，且当任何一个电源断开后，能保证全部或大部分二级负荷不间断供电；三级负荷：对三级负荷一般只需要一个电源供电。1.2.2负荷计算的目的计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小，又将使电器和导线电缆在运行过程中过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷的重要性。2主变压器选择和电气主接线设计2.1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和以下国家能源部颁发的110kV变电所设计技术规程中有关规程，便可选择主变的台数、容量和型式。第4.1.1条 主变压器容量和台数的选择。凡装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的级和级负荷。第4.1.2条 与电力系统连接的110kV变压器，若不受运输条件的制，应选用三相变压器。第4.1.4条 110kV具有三种电压的变电所中，如通过主变各侧绕组的功率均达到该主变容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。2.1.1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。为保证供电的稳定性和远期发展，以及减少投资回收周期，本所采用两台主变。2.1.2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。(1) 按规划510年选择，并考虑远期1020年发展，对城郊变，应与城市规划相结合。 (2) 由变电站带负荷性质及电网结构决定主变容量，对有重要负荷变电站，应考虑一台主变停运时期于主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的一、二级负荷，对一般变电站，当一台主变停运时，其余主变应保证其余负荷的6070%。(3) 同级电压单台降压容量不易太多，应从全网出发，推行标准化、系列化。(4) 对城市的郊区一次变，在中、低压侧构成环网下，装两台。(5) 对地区性孤立的一次变或大工业的专用变电所，装三台。(6) 对规划只装两台，其主变基础按大于主变容量的12级设计以便发展时宜更换。2.1.3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。2.1.3.1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。本所交通便利，综合考虑本所主变决定选用三相式。2.1.3.2绕组数的确定 主变按其绕组数分类有双绕组普通式、三绕组式、自耦式及低压绕组分裂式等型式。综合考虑本所主变选用三绕组式。2.1.3.3冷却方式的确定 主变的冷却方式，主要有自然风冷、油浸水冷、强迫油循环水（风）冷、强迫空气冷却、强迫油循环导向冷却等。本所容量较底，考虑综合经济效益，本所主变采用自然风冷2.1.3.4主变容量比 对于110kV电压级的系统，主变总容量不大，其绕组容量对造价影响不大，可选用100/100/100。2.1.3.5调压方式 主变调压方式有无载调压和有载调压两种。本所直接供给用户，为保证用户用电质量，本所采用有载调压。2.2 电气主接线设计的基本要求与依据发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。2.2.1 电气主接线设计的基本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、经济性三方面。(1) 可靠性1) 断路器检修时，能否不影响供电。 2) 断路器或母线故障以及母线或母线隔离开关检修时，停运的回路数的多少和停电的时间的长短，能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电。3) 发电厂、变电所全部停运的可能性。4) 大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求(2) 灵活性 1) 调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配断电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求；2) 检修时，可方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；3) 扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。(3) 经济性节约投资，占地面积小和年运行费用小。2.2.2 电气主接线设计的依据1）变电所在电力系统中的地位和作用2）变电所的分期和最终建设规模3）负荷大小和重要性4）系统备用容量大小5）系统专业对电气主接线提供的具体资料2.3 各电压级电气主接线设计在进行电气主接线设计时,一般根据设计任务书的要求,综合分析有关基础资料，拟订23个技术上能满足要求的方案进行详细技术经济比较，最后确定最佳方案。2.3.1 110kV侧接线选择110kV近期设计回路数为2，最终为4回。先列出两个可行方案：单母分段接线和双母线进行比较表2.3 110kV侧接线方案比较方案单母线分段双母线接线简图可靠性用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。分段可以缩小母线停电范围的影响。任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段。任一回路断路器检修,所在回路停电。供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电。经济性较好,费用低较差,增加隔离开关数目,费用高.灵活性有一定灵活性，并在检修断路器时不至于中断对全部用户供电。运行方式灵活，增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作。对比以上两种方案：虽然双母线也能满足要求，但其投资大、经济性能差，故不采纳；将 I、II 类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线提供电源，从而可保证供电可靠性，且六氟化硫断路器的安全性，可靠性较高，故采用单母线分段接线。2.3.2 35kV侧接线选择35kV出线回路数近期为3回，最终为5回；先列出两个可行方案：单母线分段接线和但母分段带旁母进行比较表2.3 35kV侧接线方案比较方案单母线分段单母分段带旁母接线简图可靠性用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。分段可以缩小母线停电范围的影响,任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段.任一回路断路器检修,所在回路停电。具有单母线分段的全部优点，极大的提高了可靠性，并在检修断路器时不至于中断对用户供电。经济性较好,费用低较差，旁母建设占地面积加大了，也增加了旁母断路器的投资。灵活性有一定灵活性，并在检修断路器时不至于中断对全部用户供电。扩建由于旁母的增加而变得复杂，在切换操作有一定复杂性对比以上两种方案：单母分段带旁母接线可靠性增加了，切换操作比较麻烦，而使用单母分段采用六氟化硫断路器，从而可保证供电可靠性，故采用单母线分段接线。2.3.3 10kV侧接线选择10kV出线回路数近期为9回，最终为11回；对比以下两种方案：手车开关柜灵活，简单，操作方便， 故应该采用手车式单母线分段。具体比较过程见表2.4。表2.4 10kV侧接线方案比较方案单母线分段手车式单母线分段接线简图可靠性用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。分段可以缩小母线停电范围的影响,任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段.任一回路断路器检修,所在回路停电。可靠性好,当635kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。分段可以缩小母线停电范围的影响,任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段.任一回路断路器检修,所在回路停电。可靠性好,当635kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。经济性较好,费用低较好,费用低灵活性有一定灵活性，并在检修断路器时不至于中断对全部用户供电。手车开关柜灵活，简单，操作方便。 综上所述：110kV侧采用单母线分段，屋外普通中型配置；35kV侧采用单母线分段，屋外半高型配置；10kV侧采用单母线分段，采用手车式高压开关柜，屋内配置3 电气设备选择3.1 电气设备选择的一般原则与技术条件3.1.1 选择导体和电器的一般原则(1) 应力求技术先进、安全使用、经济合理；(2) 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；(3) 应按当地环境条件校核；(4) 应与整个工程的建设标准协调一致；(5) 选择的导体品种不宜太多；(6) 选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。3.2 导体的选择3.2.1 导体选择的原则依据导体和电器选择技术规定：第2.1.6条 除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济电流密度选择。第2.1.3条 载流导体应选择铝质材料。3.2.2 10kV电缆的选择依据发电厂电气部分电力电缆应按下列条件选择和校验：a电缆芯线材料及型号；b额定电压；c截面选择；d允许电压降校验；e热稳定校验；f电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。电缆芯线有铜芯和铝芯，国内工程一般选用铝芯，电缆的型号应根据其用途，敷设方式和使用条件进行选择，ZT变10kV出线选用三相铝芯电缆。电压选择：电缆的额定电压应大于等于所在电网的电压。截面选择：电力电缆截面一般按长期发热允许电流选择，当电流的最大负荷利用小时数大于5000小时且长度超过20m时，应按经济电流密度选择。具体的导体选择见附录计算书，导体一览见表3.2。表3.2 ZT变导体一览表项目电压级主母线主变引下线负荷出线110kVLGJ-400LGJ-185LGJ-9535kVLGJ-210LGJ-500LGJ-7010kV双条100×8LMY双条100×10LMYLGJ-3003.3 高压电器的选择3.3.1 断路器的选择按照电力工程设计手册P237高压断路器选择规定：断路器型式的选择除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。根据电力工程电气设计手册（电气一次部分）第6-2节规定：35kV及以下，可选用少油、真空、多油断路器等，应注意经济性。35kV220kV可选用少油、SF6、空气断路器等。综合考虑，110kV为检修方便，选用SF6断路器， 10kV侧均采用真空断路器。3.3.2 隔离开关的选择种类和形式的选择：隔离开关的型式很多，按安装地点的不同可分为屋内式和屋外式。按绝缘支柱数目可分为单柱式和双柱式。它对配电装置的占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置的特点和使用要求以及经济技术条件来确定。根据电力工程电气设计手册（电气一次部分）第2-8节规定：（1）接在发电机，变压器引出线及中性点上的避雷器可不装设隔离开关。（2）接在母线上的避雷器和电压互感器可合用一组隔离开关。（3）桥型接线中的跨条宜采用两组隔离开关串联，以便于不停电检修。（4）断路器两侧均应装设隔离开关，以便于断路器检修时隔离电源。（5）中性点直接接地的普通型变压器应通过隔离开关接地。3.3.3 电压互感器的选择依据电力工程设计手册对电压互感器配置的规定：（1）电压互感器的配置与数量和配置，主接线方式有关，并应满足测量，保护周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。（2）6220kV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设压互，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。根据导体和电器选择技术规定SDGJ14-86：10.0.1条：电压互感器应按下列技术条件选择和校验（1）一次回路电压（2）二次电压（3）二次负荷（4）准确度等级（5）继电保护及测量的要求 10.0.3条：电压互感器的型式应按下列使用条件选择：（1）320kV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。（2）35kV配电装置宜采用电磁式电压互感器。（3）110kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。10.0.7条：用于中型点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V，用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。根据以上原则，可选择电压互感器。3.3.4 电流互感器的选择根据导体和电器选择设计技术规定第9.0.3条：320kV屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35kV及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，应采用套管式电流互感器。根据电力工程电气设计手册（电气一次部分）第2-8节：（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。（2）发电机和变压器的中性点，发电机和变压器的出口，桥形接线的跨条上等也应装设电流互感器。（3）对直接接地系统，按三相配置，对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配。3.3.5 绝缘子的选择根据导体和电器选择设计技术规定第11.0.7条：屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子，屋外支柱绝缘子需倒装时，采用悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联合胶装的采用多棱式支柱绝缘子。3.3.6 穿墙套管的选择根据导体和电器选择设计技术规定第11.0.8条 屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管。对于母线型穿墙套管应该校核窗口允许穿过的母线尺寸。高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种。瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电压635kV系统，油纸电容式绝缘适用于交流电压60500kV中性点直接接地系统。 结 论在各位老师的辛勤指导下，经过几个月的努力，我终于完成110kV变电所电气一次系统设计的任务。110kV变电所为该地区重要变电所，承担着该地区的工、农业以及人民生活用电的任务，因此建设此变电所是十分必要的。在电气一次部分设计中，考虑到 110kV变电所为该地区的公用变电所，起着十分重要的作用，所以应首先考虑其供电可靠性，保证在检修断路器时部分不停电，且保证供电的灵活性，所以其主接线形式应选单母分段接线形式。我们本着推广新技术的原则，本变电站大量采用SF6断路器，可靠性较高。由于所址地价较低，则在配电装置的平面布置上，110KV、35kV侧采用屋外普通中型布置，10kV侧采用屋内高压开关柜布置。为保护屋外配电装置（包括组合导线、母线廊道、变压器、母线和其它电气设备），本站采用避雷针保护，共设4根独立避雷针为了加深对电气一次部分的设计的理解，绘制了变电所的主接线图、总体平面布置图等图；通过对110kV变电所的设计，加深了对电力系统保护、电力系统分析、高电压技术、发电厂电气部分、自动装置等课程全面的了解和认识，并把书面知识和和实际变电站运行进行了一次有机且印象深刻的结合，提高了查阅各种资料及处理某些工程实际问题的能力，为将来的工作和学习奠定了坚实的基础。 致 谢在郑州大学的孙丰奇老师的悉心指导下我完成了110kV变电所电气一次系统设计，论文的全过程倾注了诸位老师大量的心血和汗水。感谢孙老师的悉心指导和帮助我的毕业设计导师是孙丰奇老师，孙老师每个星期定期要对我进行辅导。正是孙老师对我的关心与爱护才使我得以完成这次毕业设计。在本论文的写作过程中，参考和借鉴了许多教材和资料中的部分论述，对本论文的完成起到了很大的作用。在此次设计中虽充分采纳了老师和同学们的经验和意见，几经修改，但由于是初次独立完成毕业设计，还不能很好地对各个部分做到周全考虑，这使我的本次毕业设计过程中难免有错误和不妥之处，敬请各位老师批评指正。 参考文献1 水利电力部西北电力设计院. 电力工程电力设计手册. 水利电力出版社.2 杨宛辉等. 发电厂电气部分设计计算资料.西北工业出版社.3 杨宛辉等.发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册.4 电力系统继电保护与自动装置整定计算. 水利电力出版社.5 高电压配电装置设计技术规程SDJ5-85. 中国电力出版社.6 电力系统技术导则（试行）SD131-84. 中国电力出版社.7 电力系统设计技术规程（试行）SD131-84. 中国电力出版社.8 变电所总布置设计技术规定（试行）SDGJ63-84. 中国电力出版社.9 导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86. 中国电力出版社.10 电力设备过电压保护设计规程SDJ7-79. 水利电力出版社.11 并联电容器装置设计技术规程SDJ25-85（试行）. 水利电力出版社.12 电测量仪表装置技术规程SDJ9-87. 水利电力出版社.13 电力设备接地设计技术规程SDJ8-97. 水利电力出版社.14 继电保护和安全自动装置技术规程SDJ6-83.水利电力出版社.15 电力勘测设计制图统一规定SDGJ34-83. 水利电力出版社.16 电力设计工程电气设备手册（电气一次部分上、下）. 水利电力部西北电力设计院.17 电力设计工程电气设备手册（电气二次部分）. 水利电力部西北电力设计院.18 变电所设计（10-220KV）. 辽宁科学技术出版社.19 变电所所址选择和布置. 水利电力出版社.