化工厂110KV降压变电所一次系统设计说明书(32页).doc

-化工厂110KV降压变电所一次系统设计说明书-第 24 页主接线如有需要可联系本人 目 录中文摘要英文摘要1 绪论11.1 原始资料11.2 当地电业部门提供的技术数据11.3 主要工作12 电力负荷计算22.1 各分厂电力负荷计算22.2 全场总计算负荷33 所址选择及无功补偿确定43.1 所址的选择原则43.2 所址的确定43.3 无功补偿装置的确定44 电气主接线设计64.1 电气主接线方案的确定64.2 主变压器的选择85 短路电流计算95.1 短路电流计算图95.2 求各元件电抗值95.2.1 最大运行模式下电抗计算105.2.2 最小运行模式下电抗计算105.3 短路电流计算116 高压电气设备选择及校验136.1 高压断路器的选择136.1.1 110KV高压断路器选择136.1.2 10KV高压断路器选择146.2 隔离开关的选择156.2.1 110KV隔离开关的选择156.3 电压互感器的选择166.3.1 110KV电压互感器的选择166.3.2 10KV电压互感器的选择166.4 电流互感器的选择176.1.7 110KV电流互感器的选择176.1.8 10KV电流互感器的选择186.2 母线的选择197 配电装置设计227.1 10kV配电装置227.2 110kV配电装置22结束语24致 谢25参考文献26附 录27永城化工厂110KV降压变电所一次系统设计摘 要变电所在电力系统中的位置举足轻重，它是发电单位与用电单位的中间枢纽，是电力系统的安全保障。变电所对经济运行有着重要的作用。本次永城化工厂变电所设计围绕着一次系统的设计展开。首先就给定的原始资料计算了个分厂的电力负荷一级厂总负荷，然后通过计算确定系统的无功率功率补偿，之后设计出多套110KV、10KV侧电气主接线方案并从中选择出最优方案，根据主接线方案画出短路电流计算图进行短路计算，依据计算结果选择本次设计所需的电气设备。最后完成了变电所配电装置平面布局图以及电气主接线扩展图的绘制。关键词：变电站/电气主接线/短路电流/设备选择DESIGN OF THE YONGCHENG CHEMICAL PLANT 110KV STEP-DOWN SUBSTATIONABSTRACT Substation position in the power system of the important, which is the hub of the middle generation units and power units, is the safety and security of the power system. Substation of the economy plays an important role. TheYongchengchemical plant substation designed around a system designed to expand。First, for a given raw data to calculate the total load power load plant a plant level, the system is then determined by calculating the power compensation, after designing several sets of 110KV, 10KV side of the main electric connection schemes and choose the optimal solution ,It is then determined by calculating a power compensation system, designed after several sets of 110KV, 10KV side of the main electric connection schemes and choose the best plan，Draw diagrams to calculate short-circuit current short circuit calculation based on the main wiring scheme, calculated on the basis of this result to select the required design of electrical equipment. Finalized drawing substation power distribution unit floorplan and electrical main connection diagram of expansion. KEY WORDS: Substation, the main electrical wiring, short-circuit current, equipment selection.1 绪论1.1 原始资料（1） 采取变电所二次以集中补偿无功功率为主，要求功率因数在 0.9 以上。（2） 一、二级重要负荷占全厂总负荷的 70%，年最大负荷利用小时为T max =5000h 以上。（3） 化工厂各分部调查电力负荷参数，如表1-1所示。表1-1电力负荷参数表分厂名称负荷组成（kW）需要系数Kd一级二级醋酸一分厂405039000.600.800.75醋酸二分厂435045000.650.800.75污水处理厂190019040.320.800.75综合大楼4004500.80101.2 当地电业部门提供的技术数据（1） 从电力系统 220/110kV 某区域变电所的 110kV 不同母线提供电源，区域变电所距化工厂西侧10km。采用双电源双回路向该厂总降压变电所供电。（2） 区域变电所110kV母线出口断路器，最大运行方式时断流容量为 =500MVA，最小运行方式时断流容量为=200MVA。（3） 总降压变电所主保护整定时间不大于=0.5s。 1.3 主要工作本文主要进行了醋酸化工厂电力负荷计算及无功补偿装置计算；确定电气主接线方案，主变压器选择；三相短路电流计算；高压电气设备、母线及导线截面选择与校验；防雷接地装置的选择。 2 电力负荷计算2.1 各分厂电力负荷计算本变电所负载中含有醋酸厂等4个主要电力负荷，各分厂电力负荷的计算。(1)醋酸一分厂已知： （2-1） （2-2） （2-3） （2-4）(2) 醋酸二分厂 已知： （2-5） （2-6） （2-7） （2-8）(3) 污水处理厂已知： （2-9） （2-10） （2-11） （2-12）(4) 综合大楼 已知： （2-13） （2-14） （2-15） （2-16）2.2 全场总计算负荷全场总负荷计算时同取（1） 有功计算负荷 （2-18）（2） 无功计算功率 （2-19）（3） 视在计算功率 （2-20）（4） 计算电流 （2-21）3 所址选择及无功补偿装置确定3.1 所址的选择原则（1） 尽量使所址靠近负荷中心；（2） 电源进出变电所线要方便；（3） 所址选择尽量靠近电源侧；（4） 所址应设在周围交通方便的位置；（5） 所址应避免设在有剧烈震动和有高温的场所，尽量躲开低洼积水场所；（6） 应与易燃易爆等危险场所保持规定的安全距离；3.2 所址的确定 本变电所设在永城化工厂厂区内，位于醋酸装置东侧约300米处，由东侧距离工厂10KM处的B区中心站引进双电源双回路进线。3.3 无功补偿装置的确定 本次设计采用并联电容器的方式进行补偿。 （1） 补偿前的功率因数 （3-1）公式中为有功计算负荷，单位为KW； 为二次侧额定电压，单位为KV； 为计算电流，单位为A；（2） 无功补偿容量的计算 因功率因数为0.82，未达到供电协议书的要求，必须采取人工补偿无功功率，本次采用并联移相电容器组的低压集中补偿方式进行补偿。补偿容量为 （3-2）为需要补偿的无功容量，单位kvar；为有功计算负荷总值；为补偿前功率因数的正切值；为供电协议要求功率因数的正切值； 无功补偿容量已确定，电容器选取个数根据与单个电容器的容量来确定，本次设计选取BWF10.5-100-1W(额定电压10.5kV，额定容量100kvar，单相电容)型电容进行无功补偿。则所需电容器个数为 （3-3） 为了维持三相平衡，电容器个数需为3的整数倍，所以选取数量为30。每相装设10个电容器。（3） 无功补偿的校验实际补偿容量为由此计算补偿过后功率因数为 （3-4） 至此满足系统要求。(4) 补偿电容位置的确定 电容器组的集中并联装设方法有装设集中，便于维护、管理，投资较少等优点，所以本次设计所用方法为变电所二次10kV母线集中补偿的方式。4 电气主接线设计4.1 电气主接线方案的确定（1） 电气主接线设计的基本要求 安全性、可靠性、灵活性和经济性（2） 主接线方案确定 按供电协议书的要求，永城化工厂采用单电源双回路供电的方式，一、二级重要负荷占全厂总负荷的70%，为了保证供电的可靠性，变电所初步规划装设两台主变压器，变电所110kV进线可采用桥式接线，桥式接线按照连接桥的位置不同，可分为内桥接线和外桥接线两种形式；10kV母线采用单母线接线，而单母线接线又可分为单母线分段接线和单母线不分段接线。本次永城化工厂变电所设计主接线方案初步设计有三种。其主接线图如下图3、4、5所示。方案一：双电源进线直接经主变压器降压后汇于10kV单母线 图4-1 方案一 方案二：双电源进线采用外桥接线经主变压器降压以后接于10kV单母线分裂运行。 图4-2 方案二 方案三：双回路进线采用内桥接线经主变压器降压以后接于10kV单母线分裂运行。图4-3 方案三 综合上述三种主接线方案，第三种主接线方式具有较高的供电可靠性，适用于电源进线较短而且不易发生故障，用电负荷变化大的情况，允许变电所有较稳定的穿越功率。当某一电源进线故障或检修时，有一台变压器短时停运，操作较简单；当出现变压器投切或故障时，有一回路短时停电，其余部分不受影响。根据供电协议书的要求，该厂总降压变电所距离供电电源仅10km，电源进线较短，一、二级重要负荷占全厂总负荷的70%。由于总降压变电所分厂负荷较多，且各分厂负荷变化频繁，为了保证供电可靠性，相比较方案一和方案二，方案三的电气主接线设计更为合理，故选择方案三。4.2 主变压器的选择（1） 变压器容量确定因本设计选用两台主变，则所选变压器需满足当任一变压器单独运行时变压器符合需满足厂计算功率70%的需求。本厂视在计算功率13701.7736（KVA）,查看电力变压器技术参数表据实际情况得出，本次设计两台主变所选型号为SF10-10000/110(（2） 主变压器校验当所选两台变压器中任意一台单独工作时都应满足全厂总计算负荷70%的容量和一、二级负荷总量。所以 （4-1）校验结果显示，本次永成化工厂110KV降压变电站一次系统设计采用SF10-10000/110型号主变满足要求。（3） 主变压器型式选择 变压器绕组为双绕组，接线组别为YNd11，调压方式为有载调压。原因，分接头较多，调压范围可达30%。5 短路电流计算5.1 短路电流计算图 永城化工厂用电是由同一电源引进两路进线，短路电流计算图如下图所示图5-1 短路电流计算图5.2 求各元件电抗值按照我国现行电压等级，现取基准容量，基准电压,由变压器选取结果得知变压器容量,阻抗电压。电源进线L=10kM，5.2.1 最大运行模式下电抗计算（1） 电力系统电抗 （5-1）（2） 电源进线电抗 （5-2）（3） 变压器电抗 （5-3）（4）110KV进线短路等效电抗 （5-4）（5）10KV母线短路等效电抗 （5-5）5.2.2 最小运行模式下电抗计算（1） 电力系统电抗 （5-6）（2） 电源进线电抗 （5-7）（3） 变压器电抗 （5-8）（4）110KV进线短路等效电抗 （5-9）（5）10KV母线短路等效电抗 （5-10） 由如上短路电抗计算和短路电流计算图绘出短路计算等值电路图，等值电路图如下。1.051.050.0310.0310.5图5-2短路电抗等效图5.3 短路电流计算（1）最大运行模式下 110kV进线短路电流： kA （5-11） 110kV进线冲击电流： kA （5-12） 10kV母线短路电流： kA （5-13） 10KV母线冲击电流： kA （5-14）（2）最小运行模式下 110kV进线短路电流 kA （5-15） 10kV母线短路电流 kA （5-17） 将以上断流电流计算结果绘制成表，如表5-1所示表5-1三相短路电流计算结果短路电流最大110kV最大10kV最小110kV最小110kV110kV冲击10kV冲击I（kA）25.527.4310.363.47865.07618.9476 高压电气设备选择及校验6.1 高压断路器的选择6.1.1 110KV高压断路器选择（1）由于断路器额定电压需要满足不小于所在电网处额定电压的条件，此时可确定，高压断路器的定时限保护装置的动作时限为1s。由上条件可得出断路器工作电流为 （6-1）据上述计算。查电气工程基础附录高压断路器技术数据选择LW36-126型户外断路器，其主要参数为额定电压，额定电流，额定开断电流，额定关合电流t=4s的热稳定电流,开断保护时间为0.1s。（1） 开断电流校验系统容量为无限大，则 （6-2） （6-3） （6-4） （6-5）至此得出断路器开断能力满足要求。（2） 短路热稳定性校验由上述资料可知短路时间为 （6-6） 为高压断路器的定时限保护装置的动作时限。为断路器全开断时间因此可以忽略短路电流的非周期分量，短路电流热效应的等值计算时间为 （6-7） （6-8） （6-9） （6-10）至此得出所选断路器满足热稳定条件。（3） 短路动稳定性校验100（kA） （6-11）至此所选断路器满足动稳定条件。本次本次永城化工厂110KV降压变电所选择LW36-126型户外断路器。6.1.2 10KV高压断路器选择（1） 由于断路器额定电压需要满足不小于所在电网处额定电压的条件，此时可确定。 由上条件可得出断路器工作电流为 （6-12）据上述计算。查电气工程基础附录高压断路器技术数据选择ZN20-12型户内断路器，其主要参数为额定电压，额定电流，额定开断电流，额定关合电流t=4s的热稳定电流。 （2）开断电流校验 系统容量为无限大，则 （6-13） （6-14） （6-15） （6-16） 至此得出断路器开断能力满足要求。 （3）短路热稳定性校验 由上述资料可知短路时间为 （6-17） 因此可以忽略短路电流的非周期分量，短路电流热效应的等值计算时间为 （6-18） （6-19） （6-20） （6-21） 至此得出所选断路器满足热稳定条件。 （4）短路动稳定性校验 40（kA） （6-22） 至此所选断路器满足动稳定条件。 本次本次永城化工厂110KV降压变电所10KV选择ZN20-12型户内断路器6.2 隔离开关的选择6.2.1 110KV隔离开关的选择根据要求条件，隔离开关选择要求，参照电气工程基础附录高压隔离开关技术数据，本次永城化工厂110KV降压变电所110KV侧采用GW4-126户外型隔离开关，操作机构型号为CS17-G.具体参数为：额定电压，额定电流,极限电流峰值，热稳定实验电流。（1） 短路热稳定性校验短路时间 （6-22）因此可以忽略短路电流的非周期分量，短路电流热效应的等值计算时间为 （6-23） （6-24） （6-25） （6-26） 故满足热稳定要求（2） 短路动稳定性校验100（kA） （6-27）至此所选断路器满足动稳定条件。故本次永城化工厂110KV降压变电所选择GW4-126型外断路器6.3 电压互感器的选择6.3.1 110KV电压互感器的选择为保证电压互感器安全和在规定的准确度等级下运行，电压互感器一次绕组所接电力网电压应在（0.91.1）范围内变动，即满足 （6-28）选择时满足=110kV （6-29）查电气工程基础附录电压互感器技术数据，本次设计选择JCC2-110型户外电压互感器，互感器具体参数为：一次绕组额定电压，二次绕组额定电压，辅助绕组额定电压0.1。二次侧绕组额定容量为：一级500VA，三级1000VA。由于电压互感器两侧均装有熔断器，所以电压互感器选择不需要动稳定性和热稳定性检验。6.3.2 10KV电压互感器的选择 额定电压=10kV 查电气工程基础附录电压互感器技术数据，本次设计选择JDZ-10型电压互感器，其具体参数为：一次绕组额定电压KV，二次绕组额定电压KV，二次绕组一级额定容量120VA,二次绕组三级额定容量300VA。 由于电压互感器两侧均装有熔断器，所以电压互感器选择不需要动稳定性和热稳定性检验。6.4 电流互感器的选择6.1.7 110KV电流互感器的选择 电流互感器一次回路额定电压应不低于安装处电网的额定电压，一次额定电流应取线路最大工作电流或者变压器额定电流的1.2-1.5倍。 额定电压： （6-30）额定电流： （6-31）根据已知条件，查电气工程基础附录电流互感器技术数据，选择LCWD-110型电流互感器。额定一次电流为，准确级次0.5级1.2、1级1.2，热稳定倍数=75，动稳定倍数=150，初选变比为350/5A，（1） 短路热稳定性校验 （6-32） （6-33）故满足热稳定性校验（2） 短路动稳定性校验（kA） （6-34） （6-35）故满足动稳定性校验6.1.8 10KV电流互感器的选择额定电压： （6-36）额定电流： （6-37）根据已知条件，查电气工程基础附录电流互感器技术数据，选择LA-10型电流互感器。一次绕组额定变流为6001000A，热稳定倍数=50，动稳定倍数=90（3） 短路热稳定性校验 （6-38） （6-39） （6-40）故满足热稳定性校验（4） 短路动稳定性校验（kA） （6-41） （6-42）故满足动稳定性校验6.2 母线的选择本次永城化工厂降压变电所设计中110kV电源进线和10kV母线引出线均采用矩形硬铝线。(1) 由之前的负荷计算可知，当年最大负荷利用小时为 以上时，j =1.75A/，=10kV，=791.07A，= =7.43 kA， =18.95kA，断路器断路时间 =0.1s，继电保护装置动作时间 =1s，设母线档数为2档，母线档距 L =1m，相邻两母线的轴线距离 a =0.15m。 （6-43） 根据经济截面 =452.04，查矩形铝母线载流量表，选择每相LMY-80×6铝母线，母线截面积为480。在温度为25时，最大允许电流=1150A=791.07A， （6-44）则所选母线满足发热条件要求。 (1) 热稳定性校验已知 =1+0.1=1.1s，热稳定系数C=97。 则 （6-45）所选母线截面 A=480 =80，则所选LMY-80×6mm2型铝母线，满足热稳定条件的要求(2) 动稳定性校验对于母线而言动稳定校验应满足 （6-46）式中 短路时母线的计算应力，MPa； 母线容许应力，MPa；对于硬铝母线，=70 MPa。 母线中间相电动力为 （6-47）式中 三相短路的冲击电流瞬时值，kA；a 母线间距，m；L 母线档间距离，m。 母线最大弯曲力矩为 = （6-48）母线断面系数为 （6-49）式中 b 母线截面水平宽度，m；h 母线截面垂直高度，m。则母线计算应力为 （6-50）选择硬铝母线允许应力大于计算应力， =70(MPa) =6.48(MPa)，则所选母线满足动稳定校验的条件，校验合格。7 配电装置设计7.1 10kV配电装置本次设计10kV系统采用屋内式。所有的电气设备都布置在一层房屋内，并且采用成套的高压开关柜。这样布置可以使运行、维护和检修方便。具体设备布置：（1）母线及隔离开关的设备布置10kV母线装在开关柜的上部，呈水平安放。母线水平布置的相间距a为250mm。支柱绝缘子装在水平隔板上并且绝缘子间的间距可取最小的数值。母线隔离开关设在10kV的矩形母线下方，需要将母线与隔离开关两者通过耐火隔板分开，目的是为了防止电弧。（2）断路器的安放10kV断路器安装在开关柜内。（3）互感器和避雷器电流互感器和断路器放在同一个小室内。电压互感器都是经过隔离开关和熔断器接到母线上。母线上应该安装避雷器和电压互感器使用同一个间隔和同一组隔离开关。（4）通道和出口使配电装置的设备控制、维修修和搬运的方便，而设置必要的通道。为保证工作人员的安全和工作的方便，在不同长度的屋内配电装置室，需要有一定数目的出口。7.2 110kV配电装置对于本次设计的110kV系统采用屋外式半高型配电装置。屋外配电装置的布置：（1）母线及构架110kV母线是钢芯铝绞线，采用三相呈水平安放，通过悬式绝缘子挂接在母线的构架上。构架可用钢型或钢筋混凝土制成。（2）主变压器由于主变压器的外壳不带电，所以采用落地式安置。主变压器与构筑物之间的间距不小于1.25m。（3）高压断路器110kV断路器采用高式安置，把断路器安装在2m高的水泥柱上。（4）隔离开关和互感器110kV隔离开关和110kV互感器都采用高式安置，要求与断路器的安置相同。（5）避雷器110kV的阀型避雷器因为器身细长，多落地安置在0.4m的基础上。 （6）电缆沟有三种布置方式：横向电缆沟、纵向电缆沟和辐射型电缆沟，根据不同的运用场所选择。(7)通道为了设备的运送方便和消防需要，需要在主要设备周边设置行车通道。结束语 随着我国国民经济的持续发展，电力工业的用电量的大幅度增加，电网不断扩大，对用电质量和可靠性要求也越来越高。变电所的安全与经济运行已成为电力系统安全经济运行的重要组成部分，这就对变电所的设计提出了越来越高的要求。 本文通过总结相关文献，对石油化工总厂110kV降压变电所一次系统进行设计，主要工作如下：(1)对各负荷单位进行负荷计算；(2)对系统进行无功计算并配置无功补偿装置；(2)分析几种典型主接线设计方案及特点，通过对各种典型电气主接线设计方案的运行灵活性及供电可靠性分析，确定变电所主接线方案；(3)对系统进行短路电流计算；(4)根据已知条件确定各高压电气设备；(5)对系统设置各种保护。 变电站设计是一个严密的理论设计过程，在这个过程中，我做到了学以致用，使自己的理论知识在设计中得以应用。通过查阅资料，结合自己的设计，虽然其中遇到了不少问题，但在老师和同学的帮助下，都得以解决。 本文为对永城化工厂110kV降压变电所一次系统的设计，但是由于时间和水平有限，本人认为还有诸多不足。随着科技的不断发展与完善，以及计算机技术、网络和通信技术的突飞猛进，具有以上功能或更高水平的变电所自动化产品必将发展起来，成为市场上的主流。同时也为我们提出了更高的要求，要求我们通过不断地学习和实践，开阔视野、集思广益，大胆设想、充分发挥我们的潜能，解决一个又一个工程实际问题。致 谢参考文献1 变电站原始资料。2 任元会.工业与民用配电手册.中国电力出版社，2005,139-1503 戈东方等.电力工程电气设计手册.中国电力出版社，2007,81-994 任元会.注册电气工程师执业资格专业考试复习指导书（供配电专业）.中国电力出版社，2007，52-605 冯建勤，冯巧玲.电气工程基础。北京：中国电力出版社，2009，171-189.6 梁慧敏等.电气安全工程.北京理工大学出版社，2010,201-2237 许珉，孙丰奇.发电厂电气主系统