KV降壓變電站電氣部分設(shè)計(jì).ppt

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1、老師，您好！,110KV降壓變電站電氣部分設(shè)計(jì),大學(xué)本科畢業(yè)論文 指導(dǎo)教師：陳虹 答辯人：崔兆星,變電所介紹,變電所是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是聯(lián)系發(fā)電廠和電能用戶的中間樞紐。變電所一般由電器設(shè)備及配電網(wǎng)絡(luò)按一定的接線方式所構(gòu)成，他從電力系統(tǒng)取得電能，通過其變換、分配、輸送與保護(hù)等功能，然后將電能安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的輸送到每一個(gè)用電設(shè)備的轉(zhuǎn)設(shè)場(chǎng)所。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)等高科技的廣泛應(yīng)用，變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)也得到了廣泛的推廣。,變電所的發(fā)展現(xiàn)狀 在我國(guó)變電所主要現(xiàn)狀是老設(shè)備向新型設(shè)備轉(zhuǎn)變，有人值班向無人值班變電所轉(zhuǎn)變，交流傳輸向直流輸出轉(zhuǎn)變。而在國(guó)外變電所的主要現(xiàn)狀是主要交

2、流輸出向直流輸出轉(zhuǎn)變。 變電站的綜合自動(dòng)化將變電所的繼電保護(hù)裝置、測(cè)量裝置、控制裝置、信號(hào)裝置綜合為一體，以全微機(jī)化的新型二次設(shè)備代替機(jī)電式的繼電保護(hù)裝置、儀表屏、操作屏及中央信號(hào)裝置，用不同的模塊化軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)電式二次設(shè)備的各種功能，用計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)通信代替大量的信號(hào)電纜的連接，通過人機(jī)接口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變電所的綜合自動(dòng)化管理、監(jiān)視、測(cè)量、控制及打印記錄等所有功能。整個(gè)系統(tǒng)便于維護(hù)和擴(kuò)充，整體的可靠性提高。,負(fù)荷計(jì)算,供配電系統(tǒng)要在正常條件下可靠的運(yùn)行，除了應(yīng)該滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是滿足負(fù)荷電流的要求。因此，有必要對(duì)供電系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,無功功率補(bǔ)償,無功補(bǔ)償

3、的方案：對(duì)于工業(yè)企業(yè)電力用戶，提高其功率因數(shù)的方法有兩大類 (1) 提高自然功率因數(shù)主要有如下幾種。 正確選用異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和容量，使其接近滿載運(yùn)行。 更換輕負(fù)荷感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或者改變輕負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的接線。 電力變壓器不宜輕載運(yùn)行。 合理安排和調(diào)整工藝流程，改善電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況，限制電焊機(jī)、機(jī) 電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的空載運(yùn)轉(zhuǎn)。 使用無電壓運(yùn)行的電磁開關(guān)，工業(yè)企業(yè)供配電系統(tǒng)中使用著大量的各種類型的電磁型開關(guān)，如低壓斷路器、接觸器等，作為控制電機(jī)之用。 (2) 人工補(bǔ)償無功功率 同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償。 并聯(lián)電容器補(bǔ)償。 動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償。 根據(jù)本課題的實(shí)際情況，選擇并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。,,,并聯(lián)

4、電容器裝置的分組原則 （1）并聯(lián)電容器裝置的分組主要有系統(tǒng)專業(yè)根據(jù)電壓波動(dòng)、負(fù)荷變化、諧波含量等因素確定。 （2）對(duì)于單獨(dú)補(bǔ)償?shù)哪撑_(tái)設(shè)備，不必分組，可直接與設(shè)備相聯(lián)接，并與該設(shè)備同時(shí)投切。 （3）終端變電所的并聯(lián)電容器設(shè)備，主要是為了提高電壓和補(bǔ)償變壓器的無功損耗。此時(shí)，各組應(yīng)能隨電壓波動(dòng)實(shí)行自動(dòng)投切。 并聯(lián)電容器裝置的分組方式 a、等差容量分組方式： b、帶總斷路器的等差容量分組、帶總斷路器的等差級(jí)數(shù)容量分組 c、等容量分作方式，是應(yīng)用較多的分作方式。 綜上所述，在本設(shè)計(jì)中，無功補(bǔ)償裝置分作方式采用等容量分組方式。,并聯(lián)電容器裝置的接線 從電氣工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)應(yīng)采用雙星形接線。因?yàn)殡p星形接

5、線更簡(jiǎn)單，而且可靠性、靈敏性都高，對(duì)電網(wǎng)通訊不會(huì)造成干擾，適用于10KV及以上的大容量并聯(lián)電容器組。 中性點(diǎn)接地方式：對(duì)該變電所進(jìn)行無功補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變和負(fù)荷的無功功率，因此并聯(lián)電容器裝置裝設(shè)在變電所低壓側(cè)，故采用中性點(diǎn)不接地方式。 無功補(bǔ)償裝置的選擇 根據(jù)上述分析，參考電氣設(shè)備手冊(cè),本設(shè)計(jì)中選用一臺(tái)BAMH11/-8700-13W集合式并聯(lián)電容器。 補(bǔ)償之后滿足要求,,主變壓器的選擇,主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇:當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，宜裝設(shè)兩臺(tái)及以上變壓器：有大量一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷；季節(jié)性負(fù)荷變化較大；集中負(fù)荷較大。雖然大容量變壓器單位容量造價(jià)低，在高負(fù)荷密度供電區(qū)域建設(shè)大容量變電站能夠節(jié)省投資，

6、容量越大，效果就越明顯；但為保證供電運(yùn)行方式靈活，應(yīng)考慮采用多臺(tái)變壓器，單臺(tái)變壓器容量的選擇不宜過大和過小，要預(yù)留負(fù)荷發(fā)展而擴(kuò)建的可能，實(shí)現(xiàn)變電站容量由小到大，變壓器的臺(tái)數(shù)由少到多；城區(qū)變電站3臺(tái)變壓器供電的運(yùn)行方式最為靈活可靠。經(jīng)過綜合考慮，選擇2臺(tái)主變壓器。,主變相數(shù)選擇: （1）主變壓器采用三相或是單相，主要考慮變壓器的制造條件、可靠性要求及運(yùn)輸條件等因素。（2）當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時(shí)，在330KV及以下的發(fā)電廠和變電所，均應(yīng)采用三相變壓器。此變電所的主變應(yīng)采用三相變壓器。主變繞組連接方式:變壓器的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運(yùn)行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有y和，高、中

7、、低三側(cè)繞組如何要根據(jù)具體情況來確定。我國(guó)110KV及以上電壓，變壓器繞組都采用Y0連接；35KV亦采用Y連接，其中性點(diǎn)多通過消弧線接地。35KV及以下電壓，變壓器繞組都采用連接。有以上知，此變電站110KV側(cè)采用Y0接線，35KV側(cè)采用Y連接，10KV側(cè)采用接線。電力網(wǎng)中性點(diǎn)接地與否，決定于主變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式,主變的調(diào)壓方式:對(duì)于110kV及以下的變壓器，以考慮至少有一級(jí)電壓的變壓器采用有載調(diào)壓。此變電所的主變壓器采用有載調(diào)壓方式。變壓器冷卻方式選擇:故此變電所中的主變采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻方式。本設(shè)計(jì)中主變的型號(hào)是：兩臺(tái)江蘇華鵬產(chǎn)的SFZ11-31500/110油浸風(fēng)冷式三相雙繞組有載調(diào)

8、壓電力變壓器。所用變選擇原則:為滿足整流操作電源、油浸風(fēng)冷式變壓器、日常值班、所內(nèi)常用開關(guān)電器等的需要，需裝設(shè)兩臺(tái)所用變壓器。所用變?nèi)萘康拇_定，一般考慮所用負(fù)荷為變電所總負(fù)荷的0.1%0.5%,這里先近似的預(yù)取變電所總負(fù)荷的0.2%進(jìn)行計(jì)算。S=0.2%Sca=0.2%41994.64=84 (kV A)根據(jù)以上選擇原則，選出該110kV變電所兩臺(tái)所用變型號(hào)為SCB9-100/10雙繞組變壓器，額定變比：10/0.4kV兩臺(tái)所用變分別接于10kV母線的段和段，互為暗備用，平時(shí)半載運(yùn)行，當(dāng)一臺(tái)故障時(shí)，另一臺(tái)能夠承擔(dān)變電所的全部所用負(fù)荷。,主接線方案的確定,主接線可分為有匯流母線的主接線和無匯流母

9、線的主接線兩大類。有匯流母線的主接線又可分為單母線接線和雙母線接線；無匯流母線的主接線又可分為單元接線、橋式接線和多角接線 主接線的基本要求:（1）安全性。必須保證在任何可能的運(yùn) 行方式及檢修狀態(tài)下運(yùn)行人員及設(shè)備的安全 （2）可靠性。能滿足各級(jí)用電負(fù)荷供電可靠性要求。 （3）靈活性。主接線應(yīng)在安全、可靠的前提下，力求接線簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活，應(yīng)能適應(yīng)各種可能的運(yùn)行方式的要求。 （4）經(jīng)濟(jì)性。在滿足以上要求的條件下，力求達(dá)到最少的一次投資與最低的年運(yùn)行費(fèi)用。,有匯流母線的主接線:母線設(shè)置組數(shù)的不同，又可分為單母線接線和雙母線接線兩大類。（1）單母線接線 常用的單母線接線方式有典型的單母線接線和單母線

10、分段接線。如圖5-1所示。 圖5-1 單母線接線及單母線分段接線單母線接線的可靠性和靈活性都較低，母線或連接于母線上任意一隔離開關(guān)發(fā)生故障或檢修時(shí)都將影響全部負(fù)荷的用電。單母分段后，對(duì)于重要的用戶可分別接于兩段母線的兩條出線同時(shí)供電，當(dāng)任意一組母線故障或檢修時(shí)，對(duì)于重要用戶仍可通過正常段母線繼續(xù)供電；而兩段母線同時(shí)故障檢修的概率很小，大大提高了對(duì)重要用戶的供電可靠性,,圖5-2 雙母線接線,(2) 雙母線接線雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)有：輪流檢修母線而不致引起供電中斷；檢修任意一母線隔離開關(guān)僅使本回路斷開；在工作母線發(fā)生故障時(shí)，通過備用母線能迅速恢復(fù)供電。缺點(diǎn)

11、是：開關(guān)數(shù)目增多，聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)復(fù)雜，切換操作麻煩，造價(jià)高。,常見的有單元式接線和橋式接線。橋式接線分為內(nèi)橋式和外橋式兩種，如圖5-3所示。 圖5-3 內(nèi)橋式接線及外橋式接線內(nèi)橋式接線適用于進(jìn)線線路較長(zhǎng)，負(fù)荷比較平穩(wěn)，變壓器變壓器不需要經(jīng)常投切的場(chǎng)合。外橋式接線適用于進(jìn)線線路較短、負(fù)荷變化較大，變壓器需要經(jīng)常切換的場(chǎng)合。此外，但兩條線路間有穿越功率時(shí)，也采用外橋式接線。,電氣主接線的確定:通過對(duì)原始資料的分析，有兩路電源進(jìn)線，再綜合以上各種接線方式的優(yōu)缺點(diǎn)，本變電所110kV側(cè)采用內(nèi)橋式接線的方法，10kV側(cè)采用單母線分段的方法，分列運(yùn)行。導(dǎo)線和電纜的選擇:既要保證供電系統(tǒng)的安

12、全、可靠，又要充分利用導(dǎo)線和電纜的負(fù)載能力，節(jié)約有色金屬消耗量，節(jié)省投資。110kV進(jìn)線導(dǎo)線及電纜的選擇:對(duì)于35kV及以上的高壓線路，一般按照經(jīng)濟(jì)電流密度來選擇，然后再進(jìn)行校驗(yàn)。10kV電纜線路的選擇:由于銅芯電纜相比鋁芯電纜有載流量大、電壓和電能損失低、發(fā)熱量低、抗氧化能力強(qiáng)、施工方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，且適用于易爆、腐蝕嚴(yán)重的場(chǎng)所，所以考慮選用交聯(lián)聚乙烯絕緣銅芯電力電纜。按照負(fù)荷中最大的和允許載流量來選擇電纜的型號(hào)，再進(jìn)行其他項(xiàng)目的校驗(yàn)。,短路電流的計(jì)算,短路電流計(jì)算是供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行的基礎(chǔ)，主要用于解決以下問題。 選擇和校驗(yàn)各種電器設(shè)備，例如斷路器、互感器、電抗器、母線等 合理配置繼電

13、保護(hù)和自動(dòng)裝置。 作為選擇和評(píng)價(jià)電氣主接線方案的依據(jù)。 本變電站系統(tǒng)圖可簡(jiǎn)化如圖6-1所示。 圖6-1變電站系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖,,,,主要一次設(shè)備選型,電氣設(shè)備選擇的一般原則:按正常工作條件選擇額定電流、額定電壓及型號(hào)；按短路情況下校驗(yàn)開關(guān)的開斷能力、短路熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。 斷路器的選擇:斷路器選擇和校驗(yàn)的原則就是：按正常工作狀態(tài)選擇，按短路狀態(tài)校驗(yàn)。 （1）主變110kV側(cè)斷路器及內(nèi)橋斷路器的選擇 （2）主變10kV側(cè)斷路器及分段斷路器的選擇 （3）10kV出線斷路器的選擇 隔離開關(guān)的選擇:隔離開關(guān)無須校驗(yàn)開斷能力，只須校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定。 （1）110kV隔離開關(guān)的

14、選擇 （2）主變10kV側(cè)斷路器及10kV分段斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)的選擇 （3）10kV出線斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)及10kV母線PT隔離開關(guān)的選擇,電流互感器的選擇：110kV線路側(cè)設(shè)置差動(dòng)、過電流、測(cè)量三組CT，接成三相星形。110kV橋開關(guān)一側(cè)設(shè)置差動(dòng)、過電流、測(cè)量三組CT，接成三相星形，另一側(cè)設(shè)置差動(dòng)一組CT，接成三相星形。10kV主變出口處設(shè)置差動(dòng)、計(jì)量、測(cè)量及電流保護(hù)三組CT，接成三相星形。10kV負(fù)荷出線處設(shè)置計(jì)量、測(cè)量及電流保護(hù)二組CT，接成二相星形。（1）110kV側(cè)CT的選擇（2）主變10kV側(cè)總開關(guān)CT及10kV分段CT選擇（3）10kV負(fù)荷出線的CT選擇主教學(xué)樓、專業(yè)課實(shí)驗(yàn)

15、樓、行政樓國(guó)際交流中心、體育館負(fù)荷差不多，四者選用同一CT。圖書館，基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)樓、學(xué)生公寓1區(qū)、學(xué)生公寓2區(qū)負(fù)荷差不多，四者選用同一CT。學(xué)院樓1、2的 CT選擇。學(xué)院樓3、4、5的 CT選擇。學(xué)院樓3、4、5的 CT選擇。,電壓互感器的選擇:電壓互感器一次繞組額定電壓應(yīng)不低于所接電網(wǎng)的額定電壓，二次繞組額定電壓一般為100V，與二次側(cè)所接的儀表或繼電器相適應(yīng)。供測(cè)量?jī)x表和功率方向繼電器用的電壓互感器，應(yīng)選0.2級(jí)或0.5級(jí)；供一般監(jiān)視儀表和電壓繼電器用的電壓互感器應(yīng)選用13級(jí)。根據(jù)電壓互感器裝置處的電壓等級(jí)確定電壓，根據(jù)用途及負(fù)荷確定準(zhǔn)確度、二次電壓、二次負(fù)荷量及聯(lián)接方式。（1）110kV側(cè)

16、PT的選擇（2）10kV側(cè)PT的選擇,母線選擇:母線的材料有銅和鋁，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷電流的大小、使用場(chǎng)所及經(jīng)濟(jì)等因素綜合考慮，確定母線的材料。母線的截面形狀有矩形、槽型和管型。矩形散熱條件好，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，但肌膚效應(yīng)較大，常用于4000A以下的回路；槽型機(jī)械強(qiáng)度較高，載流量較大，肌膚效應(yīng)也較小，多用于40008000A的回路；管型的肌膚效應(yīng)更小，機(jī)械強(qiáng)度又高，管內(nèi)可通風(fēng)或通水,常用于8000A以上的大電流母線。一般匯流母線按允許載流量來選擇截面，當(dāng)母線較長(zhǎng)或傳輸容量較大時(shí)可按經(jīng)濟(jì)電流密度來選擇，（1）110kV側(cè)母線選擇（2）10kV側(cè)母線選擇,變電所的防雷和接地保護(hù),變電所防直擊雷的保護(hù):（1

17、）變電所內(nèi)的以下設(shè)備和建筑物應(yīng)裝有直擊雷保護(hù)裝置： 屋外的配電裝置（包括母線廊道、架空母線橋、軟連線等）。 遭受雷擊后可能引起火災(zāi)的建筑物。如露天的油箱、易燃材料的倉(cāng)庫(kù)等。 有爆炸危險(xiǎn)的建筑物。如氫氣設(shè)備、乙炔發(fā)生裝置等。 雷擊后可能引起力學(xué)性能破壞的高大建筑物。如煙囪、冷卻塔等。 （2）變電所裝設(shè)避雷針（線）必須滿足以下兩個(gè)要求： 所有被保護(hù)的設(shè)備必須裝設(shè)在避雷針（線）的保護(hù)范圍之內(nèi)。 當(dāng)避雷針（線）遭受雷擊時(shí)，其對(duì)地電壓很高，避雷針（線）與被保護(hù)設(shè)備之間應(yīng)有足夠的絕緣距離。以避免在避雷針（線）至被保護(hù)設(shè)備之間發(fā)生放電（反擊或逆閃絡(luò)），反擊時(shí)仍能將高電位加至被保護(hù)設(shè)備而造成設(shè)備損壞。,變電所

18、35110kV架空線的進(jìn)線保護(hù):雷電侵入波是造成變電所雷害事故的主要原因。采取的主要保護(hù)措施是在所內(nèi)安裝閥型避雷器，以限制電氣設(shè)備上的過電壓幅值；同時(shí)在進(jìn)線段上采取進(jìn)線保護(hù)，限制流過閥型避雷器雷電流幅值和降低侵入波的陡度。大中型企業(yè)的35110kV變電所的進(jìn)線保護(hù)常采用圖8-1所示的標(biāo)準(zhǔn)防雷保護(hù)方案。 圖8-1 35110kV變電所進(jìn)線防雷保護(hù)方案,配電線路的防雷保護(hù):配電線路的防雷保護(hù)，主要是防止感應(yīng)過電壓沖擊波侵入，擊毀配電線路的電氣設(shè)備。其要求如下：對(duì)配電線路上的電氣設(shè)備，如分段負(fù)荷開關(guān)、、變壓器及電纜終端頭，在其電源側(cè)裝設(shè)閥型避雷器。常開運(yùn)行的斷路設(shè)備，在其兩側(cè)分別裝設(shè)閥型避雷器。

19、在雷電活動(dòng)頻繁地區(qū)，為防止反變換擊毀變壓器，在變壓器的二次側(cè)，應(yīng)裝設(shè)低壓閥型避雷器。在雷電活動(dòng)頻繁地區(qū)，為防止雷電波侵入低壓用戶擊毀電度表或其他低壓電氣設(shè)備，在用戶進(jìn)戶外線處裝設(shè)低壓閥型避雷器。對(duì)10kV供電的用戶，應(yīng)在配電裝置的進(jìn)線端裝設(shè)閥型避雷器。,避雷器的選擇：（1）根據(jù)變電所設(shè)備避雷器的要求及主接線的形式應(yīng)在下列點(diǎn)裝設(shè)避雷器：110kV進(jìn)線端，防止線路上落雷后雷電波侵入變電所，危害變電所的配電裝置。10kV母線，防止線路雷電流侵入變電所。裝設(shè)在10kV母線PT柜上。主變110kV側(cè)中性點(diǎn)接地處。電容器補(bǔ)償柜。（2）根據(jù)各級(jí)電壓等級(jí)確定避雷器的額定電壓,變電所的接地保護(hù): （1）接地裝置

20、的構(gòu)成：接地體分為水平接地體和垂直接地體，垂直接地體通常采用直徑50mm，長(zhǎng)22.5m的鋼管或50mm50mm5mm，長(zhǎng)2.5m的角鋼，打入地中與大地直接相連。水平接地體一般采用扁鋼或角鋼，將垂直接地體連接起來。接地線通常采用25mm4mm或40mm4mm的扁鋼或直徑16mm的圓鋼。（2）對(duì)接地電阻的要求：接地電阻是指接地體的散流電阻與接地線和接地體電阻的總和，其中接地體和接地線的電阻與散流電阻相比較小，可忽略不計(jì)。（3）接地裝置的布置：變電所中通常用扁鋼將若干接地體連接成一個(gè)整體構(gòu)成接地網(wǎng)。接地網(wǎng)的布置形式常采用回路式，如圖8-2所示。

21、 圖8-2 回路式接地裝置,繼電保護(hù)規(guī)劃及整定,變主變壓器保護(hù):(1)壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的瓦斯保護(hù)及壓力釋放保護(hù)。 (2)短路保護(hù)。 (3)后備保護(hù)。 (4)中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的變壓器外部接地短路時(shí)的零序電流保護(hù)。 (5)過負(fù)荷保護(hù)。 線路保護(hù):10KV側(cè)：(1)三段式階梯時(shí)限特性的距離保護(hù) (2)裝設(shè)接地保護(hù)。 10KV側(cè)保護(hù)的選用:在10KV側(cè)無時(shí)限和帶時(shí)限電流速斷保護(hù)配合，可作為本線路的主保護(hù)，但它不能起遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用，為了能對(duì)線路起到近后備和對(duì)相鄰線路起到運(yùn)后備作用，還必須裝設(shè)第三套電流保護(hù)，即定時(shí)限過電流保護(hù)。 母線保護(hù)規(guī)劃: 110KV母線保護(hù)采用聯(lián)相位比較差動(dòng)保護(hù)。 10KV母線保護(hù)采用低阻抗的電流差動(dòng)母線保護(hù)。,電氣主接線圖,保護(hù)配置圖1,保護(hù)配置圖2,保護(hù)配置圖3,主 變 保 護(hù),全所接地網(wǎng)布置圖,致 謝,謝謝指導(dǎo)老師陳虹教授的悉心教會(huì) 謝謝答辯老師的耐心指導(dǎo)。 謝謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幫助我的同學(xué)、同事。,