66kV变电站一次部分设计(共52页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上60kV变电站一次部分设计摘要随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的设计和配置。由于变电所的设计内容多、范围广、逻辑性强，因此要求要有较高的专业水平，并熟悉各种设计规程和设计原理，设计过程中要针对变电所的规模和形式，具体问题具体分析。本文是60kv/10kv降压变电所的一次变电的设计方案。本设计包括对导线的选择，主变压器的选择，无功补偿静电电容器的选择，电气主接线的确定，短路计算，各种电气设备的选择与校验，高压配电装置的规划设计。在设计和选择设备中都充分考虑到了可靠性

2、，灵活性和经济性。另外，各种断路器、隔离开关、电流互感器型号的选择要与高压配电装置的布置联系在一起考虑。本设计是有文字说明和图表解释的比较完整的变电所的设计方案。关键词：电力系统；电气设备；变压器；变电站The design of 60kv satellite substation AbstractWith the development of the industrial time , people have higher demand of the power supply, especially the power supply stability, reliability and co

3、nsistency. However, power grid stability, reliability and durative often depends on the design and configuration of substation. As a result of substation design, a wide range of content, logic is strong, it is required to have higher professional level, and are familiar with a variety of design proc

4、edures and design principle, design process for substation the size and form, concrete analysis of concrete problems. This is the 60kv/10kv substation of a substation designThis design including the selection of conductors, the selection of main transformer, reactive power compensation capacitors, t

5、he main electrical wiring, short-circuit calculation, all kinds of electrical equipment choice and verification, the planning and design of high voltage distribution device. In the design and selection of equipment are fully taken into account the reliability, flexibility and economy. In addition, a

6、 variety of circuit breaker, isolating switch, current transformer model should be selected with the high voltage distribution device arrangement linked to consider.This design is a written instructions and diagrams explain the relatively complete substation design.Keywords power system； electrical

7、equipment,；transformer； Transformer substation目录摘要.IAbstract.II 1.3 变电站设计相关的原则和规范.299 3.2线路所有负荷的总功率.9 3.3计算变压器二次侧总功.10 3.4选择变压器型号.11第4章 补偿电容器的选择.13 4.1计算变压器功率损耗.13 4.2计算变压器高压侧功率.13 4.3计算无功补偿前系统的功率因数.13 4.4计算需要补偿的无功容量.13 4.5选择电容器.14第5章 电气主接线方案设计.16 5.1主机线设计的基本要求.16 5.2主接线方案.17 第6章 短路电流的计算.18 6.1发生短路的

8、原因和短路的定义.18 6.2短路的分类.18 6.4短路电流的计算.18第7章 电气设备的选择.20 7.1断路器的选择.20 7.2隔离开关的选择.23 7.3互感器的选择.24 7.4避雷器的选择.27 7.5高压开关柜的选择.28 7.6母线的选择.283334 35 367 千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行专心-专注-专业第1章 绪论1.1 课题背景电力工业是关系国计民生的基础产业，在我国电力工业发展中，国家电网承担着优化能源资源配置，保障国家能源安全和促进国民经济发展

9、的重要作用。我国是世界能源消费大国，煤炭消费总量居世界第一位，电力消费总量居世界第二位，但一次能源分布和生产力发展水平却很不均衡。水能、煤炭主要分布在西部和北部，能源和电力需求主要集中在东部和中部经济发达地区。这种能源分布与消费的不平衡状况，决定了能源资源必须在全国范围内优化配置，必须以大煤电基地、大水电基地为依托，实现煤电就地转换和水电大规模开发。通过建设以特高压电网为核心的坚强的国家电网，实现跨地区、跨流域水货互济，将清洁的电能从西部和北部大规模输送到中东部地区，这是解决我国能源和电力供应问题的有效途径，这是解决我国能源和电力供应问题的有效途径，是优化资源配置方式，提高资源配置效率，保障国

10、家能源安全的战略举措。长期以来，我国电网发展严重滞后。当前电网发展和建设任务比较繁重。建设坚强的国家电网，必须坚持统一规划。用国家电网规划指导区域、省级和城市电网规划，用电网规划引导电源分布，实现电网、电源在同一规划下协调发展，提高电力工业整体效益。必须坚持实施集约化管理。充分利用先进技术和设备，在加强现有电网技术改造和升级的同时，以构建特高压电网为核心，加快各级电网建设，提高国家电网的输配电能力和整体效率。必须大力推广典型设计。典型设计是对以往电网设计经验的总结和提高；是多快好省建设电网的必由之路；是全面贯彻落实党的十六届五中全会精神，落实科学发展观，建设“资源节约型、环境友好型”社会，大力

11、提高集成创新能力的重要体现。1.2 合理设计变电站的意义 随着科学技术的发展，作为现代工业发展的基础和先行官电力工业，也随之有了很大的发展。电力需求的大大增加，促使电力技术和电力工业进一步向高电压，大机组，大电网的方向发展。由于大电网的出现，世界各国电力工业发展和运行的经验说明：电力系统愈大，调度运行就愈能合理和优化，经济效益就愈好，应变事故的能力就愈强。所以许多发达国家的电力系统都已联合成统一的国家电力系统，甚至联合成跨国电力系统1。60kV变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足城镇负荷日益增长的需要，

12、提高对用户供电的可靠性和电能质量。随着国民经济的发展，工农业生产的增长需要，迫切要求增长供电容量，拟新建66kV变电所。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。随着变电所综合自动化技术的发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，继而实现“无人值班”变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。改革开放以来，全国的电力工业发展速度突飞猛进，60kV变电所在全国电力系统中仍具有重要的地位。 1.3 变电站设计相关的原则和规范 1.3.1变电站典型设计的原则开展6

13、0kv及以下输配电工程典型设计的原则是：安全可靠、自主创新、技术先进；标准统一、覆盖面广、提高效率；注重环保、节约资源、降低造价；努力做到统一性和可靠性、适应性、先进性、经济性和灵活性的协调统一。统一性：典型设计的基本方案统一，适用标准统一，外部形象体现国家电网公司企业文化特征。可靠性：各个模块安全可靠，通过模块拼接得到的技术方案安全可靠。适应性：典型设计要综合考虑不同地区的实际情况，要在公司系统中具有广泛的适用性，并能在一定时间内，对不同规模、不同形式、不同外部条件均能适用。先进性：推广应用电网新技术，鼓励设计创新；典型设计各项技术经济可比指标先进。经济性：综合考虑工程初期投资与长期运行费用

14、，追求工程寿命期内最佳的企业经济效益。灵活性：典型设计模块划分合理，接口灵活，组合方案多样，增减方便，便于调整概算，方便使用。 1.3.2变电站典型设计规范GB 50061199760kv及以下架空电力线路设计规范GB164341996高压架空送电线路和发电厂、变电所环境污秽分级及外绝缘选择标准GB11791999圆线同心绞架空导线DL/T 50921999110500kv架空送电线路设计技术规程GB 50060-923110KV高压配电装置设计规范 第2章 10KV线路导线的选择导线是架空线路的主要元件之一，在架空线路建设投资中占很大比重。铜导线虽然导电性能好，机械强度高，在抗氧化、抗腐蚀能

15、力。但价格较为昂贵，经济性较差，所以不宜采用铜导线。铝导线虽具有很好的导电性，价格低廉，但由于机械强度较差，大约为铜的一半，此外铝易氧化，抗腐蚀性差，因此也不宜采用。架空线路要求有较高的机械性能，耐腐蚀和耐震性能，同时要考虑经济性，符合国家电线产品的标准。因此本变电所的架空线路采用钢芯铝绞线，符号：LGJ*，其中*为导线的标称截面（mm2）。导线截面选择过大，会增加线路的投资，导线截面过小，会增加导线运行中电压和电能损耗，使电能传输质量和运行的经济性变差，所以要选择合适的导线截面。2.1. 选择机械制造厂出线架空线型号已知线路长度为3km，双回线路供电，双回出线重要负荷率不超过60%，远期最大

16、负荷为3500kW，功率因数，最大负荷利用小时数2.1.1按经济电流密度选择导线截面使年综合费用最小时所对应的母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。按经济电流密度选择导线截面，可使用全年综合费用（包括年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等）最低。对于电压较高、线路较长、最大负荷利用小时数较多的线路首选此方法。此外，从经济性的角度，可使网络处于最佳经济运行状态，故本次设计按经济电流密度选择导线。根据输送功率计算最大长期工作电流：线路额定电压（kV）；功率因数；P远期最大负荷（kW），对于双回路P=60%；对于单回路P=。由最大负荷利用小时数，查电力工程电气设计手册377页，图8-30软

17、导线经济电流密度得。 式中 S导线经济截面（mm2）； 线路正常运行时的最大负荷电流（A）；J经济电流密度（A/mm2），可根据经济电流密度曲线查取。查电力工程电气设计手册411页，附表8-4：LGJ钢芯铝绞线规格及长期允许载流量，选用型架空线，其参数为：，。2.1.2 热稳定校验温度修正系数：校验合格。2.1.3电压损耗校验本次设计任务中已明确要求电压损失不超过9%。其中由供用电工程附录A查得+200C时的直流电阻，修正到导线工作时的实际温度：导线电阻修正：-电阻的温度系数。对于铜=0.00382；对于铝=0.0036；-导线+200C时的电阻（/km）；-导线的实际工作温度。所以： 式中

18、P-有功负荷（kW），对于双回路P=60%；对于单回路P=； L线路长度（km）；UN-线路额定电压（kV）；R-线路最高温度（+380C）时的电阻；X-线路电抗（）。即：，校验合格。2.1.4 线路功率损耗计算阻抗损耗： 导纳损耗：取线路的几何均距为1.5m时，型导线的电纳为： ， 则机械制造厂的线路损耗为： 同理，可以求出针织器材厂，织布厂，标准件厂，服装厂，粮食加工场，汽水厂，化工厂各部分技术参数，如下表则综上10KV线路所选架空线参数如下表所示：表2-1 10KV线路架空线参数序号负荷名称线路状况型号经济密度电阻值电抗值回数长度1机械制造厂231.160.24220.42针织器材厂24

19、1.180.24220.43织布厂151.260.24220.44标准件厂261.160.59460.45服装厂181.220.42170.46粮食加工厂181.260.30580.47汽水厂151.260.59460.48化工厂221.060.19890.4第3章 选择主变压器的台数、容量、型号在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。根据电力系统设计技术规程

20、SKJ16185有关规定：凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。根据供配电设计手册P50页规定，选择主变压器台数时应考虑下列原则：（1）应满足供电的可靠性要求。对供有在量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。（2）对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可采用两台变压器。（3）对于集中负荷较大的情况，虽为三级负荷，也应采用两台及以上的变压器。（4）在确定变电所主变压器参数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的

21、余地。综上所述，本变电所设计的主变压器台数应装设两台。3.1 线路损耗的总功率 3.2线路所有负荷的总功率负荷的有功功率： 负荷的视在功率： 3.3计算变压器二次侧总功率 线路总功率为： 线路有功功率为： 线路无功功率为： 负荷同时系数： ， 则： 3.4选择变压器型号 （1）根据电力工程电气设计手册P216页规定：当不受运输条件限制时，在330KV有以下的发电厂和变电所均采用三相变压器。由于本次设计中电压等级为60KV/10KV，且变电所处于交通方便之地，故选用三相变压器。根据电力工程电气设计手册P217页规定35KV以上的绕组采用Y接线。35KV以下的变压器绕组采用接线，所以本次设计采用的

22、变压器联结组别为Ynd11型。选择两台SF912500/60型有载调压变压器。主变压器主要参数见下表：表3-1 SF912500/60型有载调压变压器参数型号额定容量(kVA)电压组合联接组别空载损耗（W）负载损耗（W）空载电流(%)阻抗电压(%)尺寸(mm)轨距(mm)高压(kV)分接范围低压(kV)长宽高SF9-12500/601250060+81.25%10YN，d1116800598501.095400373047201475（2）SF912500/60其型号含义说明如下：S-三相电力变压器；F-冷却方式风冷式；9-设计序号；60-高压绕组电压等级（kV）； 12500-额定容量（kV

23、A）。第4章 补偿电容器的选择系统无功平衡是一个重要的问题,为维持电压水平就必须为负荷点提供一定的无功功率,如果负荷侧的功率因数过低,会造成诸多不利影响:为此，当系统功率因数过低的时候，应增设无功补偿设备来提高功率因数，根据全国供电规则规定“对于新建及扩建的电力用户其功率因数一律不应低于0.9,这与本次设计任务要求相一致，即变电所的功率因数在0.9以上。根据并联电容器装置设计技术规定第15页第2.2.1条规定“设计安装的10kV电容器应采用星形接线为宜。”三角形接线的主要问题是电容器发生故障时故障电流大，较星形接线发生相间短路的可能性较大。所以本次设计采用星形接线方式，被选择电容器的额定电压应

24、为10kV。4.1 计算变压器功率损耗 式中 -总有功功率损耗(kW)；-总无功功率损耗（KVar ）；n-并列运行变压器的台数；-空载损耗(kW)；-短路损耗(kW)；S-变压器负荷的视在功率（kVA）；-变压器的额定容量（kVA）-变压器的空载电流百分数；-变压器的短路电压百分数。4.2 计算变压器高压侧功率 4.3计算无功补偿前系统的功率因数 有功负荷率： 无功负荷率：则系统的功率因数为： 即，需进行无功补偿。4.4 计算需要补偿的无功容量4.5选择电容器查电力工程电气设备手册986页，续表9-1-2选用型电容器。其技术参数如下表所示：表4-1 BWF-200-1W电容器的技术参数型号规

25、格额定电压（kV）标称容量（KVar）标称电容F相数外形尺寸长*宽*高（mm）重量kgBWF2001W10.52005.771700*174*1010120则所需电容器台数为：台式中 -计算补偿容量（KVar）；- 每台电容器的标称容量（KVar）。根据实际情况选择18台型电容器。则补偿容量为：无功补偿后系统功率因数为： 2所以无功补偿合格。第5章 电气主接线方案设计电所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成中的一个重要部分。主接续线的确定，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

26、保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。变电所的电气主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求5.1主接线方案根据系统和负荷性质的要求，主接线方案初步给出以下两种：第一方案：高压侧采用内桥接线，低压侧单母线分段的主接线，如图5-1所示。第二方案：高压侧采用单母线分段，低压侧单母线分段的主接线，如图5-2所示。图5-1高压侧采用内桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线图5-2 高压侧采用单母线分段，低压侧采用单母线分段的主接线5.2方案的比较与确定以上两个方案中，主接线二次侧方案相同，只比较一次侧方案。第一种方案

27、的特点如下：变压器随负荷变化投切方便；线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障线路运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。桥形接线节省占地面积，不易在一次侧增加进线或出线回路。第二种方案的特点如下：变压器投切方便；在一次侧容易增设进出线数目，相对桥形占地面积大；使用设备多；综合造价高。从经济性来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只是比较综合造价。由于第二种方案比第一种方案所占的面积大、设备多、故不经济。从改变运行方式灵活性来看，第二方案比第一方案投切

28、变压器时，倒闸操作简便。通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小、投资少，供电可靠性高为主要优点。第二方案以改变运行方式灵活为主要优点。考虑综合因素选第一方案为本变电所的主接线方案。图5-3 变电所电气主接线图第6章 短路电流的计算6.1 发生短路的原因和短路的定义所谓“短路”即是指载流导体相与相之间发生非正常接通的情况；在中性点直接接地的系统中，还有相与地之间的短路。发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。其次还有气候条件恶化，例如雷击过电压造成的闪络放电，由于风灾引起架空线路断线或导线覆冰引起电杆倒塌等。再其次是人员过失，例如运行人员带负荷拉刀闸，检修线路或设备之后未拆除接地

29、线就合闸供电等。最后是其他原因，例如挖沟损伤电缆、鸟兽或风筝跨接在载流裸导体上等。绝缘损坏的原因多因设备地电压、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、线路倒杆也能造成事故。6.2短路的分类在三相系统中短路的基本形式有：三相短路-K（3）；两相短路-K（2）；单相接地短路-K（1）；以及两相接地短路-K（1，1）。当三相短路时，由于短路回路阻抗相等，因此三相电流和电压仍是对称的，故又称为对称短路。此时三相短路电流同速正常情况一样是对称的，只是线路中电流增大，电压降低而已，而电压和电流之间的相位差一般也较正常情况时大，除了三相短路这外，其它类型的短路皆为不对称

30、短路，此时三相所处的情况不同，各相电流、电压数值不等，其相位角也不同。三相短路其后果一般最为严重。电力网在设计及运行时考虑最严重的故障情况下工作的可能性时，三相短路起着决定性的作用。故在设计中需要计算的是三相短路。6.3短路电流的计算过程6.3.1 根据系统连接图画出等阻抗图图6-1 系统等值阻抗图6.3.2 根据设计软件计算出各点短路电流由于短路计算计算工程复杂，容易出错，所以在设计过程中通过计算机软件来直接得出结果，既方便又准确，大大的提高了设计质量。由等值阻抗图可以看出，系统为并列运行，所以分别取d1、d2为短路点，计算出短路电流，为以后选择设备的校验的冲击电流提供数据。所以通过计算机软

31、件计算得出：d1点短路电流为3.2kA；d2点短路电流为8.52kA；负荷侧最大短路电流为4.01kA。第7章 电气设备的选择电器设备的选择是根据配电变电所电气工程设计的主要内容之一。正确选择电气设备是保证电气主接线和配电装置的安全、经济、可靠运行的重要条件。在高压电器选择中的主要问题有下述各点：（1）高压电器应满足正常工作状态下的电压和电流的要求；（2）高压电器应满足安装地点和使用的环境条件要求；（3）高压电器应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求；（4）高压电器应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质；（5）对于电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别；（6）同类产品应尽量减少品种。7.1 断

32、路器的选择在各种电压等级变电所的设计中，断路器是最为重要的电气设备，它是通断故障电流和正常负荷电流的元件。在电力系统运行中，对断路器的要求是比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。目前国产高压断路器按其灭弧介质和灭弧方式，一般可分为少油断路器、多油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器。高压断路器应根据断路器的安装地点、环境和使用技术条件等要求选择其种类和型式，由于少油断路器制造简单、价格便宜，维护工作量小，故在3220KV电压等级中被广泛采用。7.1.1 60KV侧断路器的选择主接线采用内桥接线，变压

33、器一次侧断路器的最大长期工作电流为： 查电力工程电气设备手册621页，表4-1-3，选择3台型断路器。其技术数据如下表所示：表7-1 断路器参数型号UN(kV)IN（A）开断电流（kA）开断容量（MVA）动稳定电流（kA）热稳定电流（kA）4S固有分闸时间(s)合闸时间(s)SW263/160063160020250050200.080.5因为电源为“无限大”系统，取。短路时间，导体的发热主要由短路电流的周期分量来决定，可以不计非周期分量的影响。60KV侧计算数据与所选技术数据比较如下表：表7-2断路器计算数据比较表计算数据的参数经比较可见，所选断路器满足要求。7.1.2 10KV侧断路器选择

34、(1)10kV进线断路器和母联断路器选择高压断路器的最大长期工作电流: 查高压电器P306页,表9.39.1，三台均选型断路器，其技术数据如下表：表7-3 断路器参数表型号UN kVIN （A）开断电流（kA）开断容量(MVA)极限通过电流峰值（kA）动稳定电流（kA）热稳定电流（4S）（kA）固有分闸时间（S）合闸时间（S）101000203005050200.0550.01短路时间，导体的发热主要由短路电流的周期分量来决定，可以不计非周期分量的影响。变压器二次侧计算数据与型断路器技术数据比较如下表所示：表7-4断路器计算数据比较表计算数据的参数经表中数据比较可知，所选型断路器满足要求。（2

35、）10KV各出线断路器的选择按最大负荷电流（化工厂）进行选择：查高压电器P306页,表9.39.1，选择型断路器，其技术数据如下表：表7-5 断路器参数表型号UN kVIN （A）开断电流（kA）开断容量（MVA）极限通过电流峰值（kA）动稳定电流（kA）热稳定电流（4S）（kA）固有分闸时间（S）合闸时间（S）10630203005050200.0550.01所选断路器技术数据与线路计算数据对照如下表所示：表7-6断路器计算数据比较表计算数据的参数经上表数据比较可知，所选型断路器满足要求。7.2 隔离开关的选择隔离开关也称刀闸，不能用来开断负荷电流和短路电流。在配电装置中，主要用来在检修设备时形成可见的空气绝缘间隔。在等电位时可作为操作电器，有时也可切断小电流。根据最大长期工作电流，查