kV變電站電氣一次部分的設計.doc

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目 錄 摘要 1 ABSTRACT 2 引 言 3 原始資料分析 4 第一章 主接線的選擇 5 1 1 主接線的設計原則和要求 5 1 2 主接線的擬定 5 1 3 所用電的設計 7 第二章 主變壓器的選擇 10 2 1 變電站變壓器臺數的選擇原則 10 2 2 變電站主變壓器臺數的確定 10 2 3 變電所主變壓器容量的確定原則 10 2 4 待設計變電所主變壓器容量的計算和確定 10 2 5 主變壓器繞組數的確定 10 2 6 主變壓器相數的確定 11 2 7 主變壓器調壓方式的確定 11 2 8 主變壓器繞組連接組別的確定 11 2 9 主變壓器冷卻方式的選擇 11 第三章 所用電設計 13 第四章 短路電流的計算 13 4 1 短路的基本知識 13 4 2 計算短路電流的目的 13 4 3 短路電流的計算步驟 14 第五章 設備的選擇與校驗 17 5 1 進線與出線的選擇與校驗 17 5 2 互感器的選擇與配置 18 5 2 1 電流互感器的選擇 18 5 2 2 電壓互感器的選擇 19 第六章 無功補償 20 6 1 補償裝置的種類和作用 20 第七章 防雷接地設計 22 7 1 防雷保護的必要 22 7 2 避雷針高度的確定 22 7 3 接地體和接地網的設計 22 第八章 繼電保護的配置 24 結 論 26 參考文獻 REFERENCES 27 致 謝 28 35kV 變電站電氣一次部分的設計 摘 要 根據設計任務書的要求 本次設計為 35kV 變電站電氣一次部分的初步設計 首先要 對原始材料進行分析 其次是主接線及變壓器的選擇 所用電設計 短路電流的計算 電 氣設備選擇及校驗防雷保護 配電裝置設計 各種繼電保護選擇 其中最主要的是變壓器 的選擇與計算 該畢業(yè)設計課題 能夠鞏固我大學所學知識 使我對發(fā)電廠變電所電氣部分 電力系 統(tǒng)繼電保護原理等課程有了較全面的了解 提高了自我分析與思考的能力 為今后更深一 步的學習和研究奠定了基礎 關鍵詞 變電所 變壓器 繼電保護 35KV electrical substation once part of the design Abstract From the guide of engineering design assignment we have to design primary power system of 35kV substation and draw main electrical single line diagram First of all analyze the given data choose the main electrical single line and the main transformer calculate load the electricity design and Short Circuit Calculation the selection of electrical device and the protection of earth distribution equipment and all kinds of the protection of relay This graduate design issues consolidate the knowledge I learned in the university make me have more comprehensive understanding to power plant electrical part and relay protection principle enhance my analysis ability and thinking ability lay the foundation for my further study and research in the future Key Words substation transformer relay protection 引 言 電能是現代社會中最重要 也是最方便的能源 電力系統(tǒng)是由電能的生產 輸送 分 配和消耗的各個環(huán)節(jié)組成的統(tǒng)一整體 電能生產的規(guī)模很大 消耗的能源在國民經濟能源 總消耗中占的比重很大 而且電能又是國民經濟的主要動力 所以要做好電力系統(tǒng)規(guī)劃 完善電網建設 提高電能生產的經濟性 我國電網的發(fā)展歷程與國際上主要國家和地區(qū)有相似之處 但也有自身的突出特點 展望未來 我國電網發(fā)展必須滿足社會的可持續(xù)發(fā)展 跨區(qū)域電流持續(xù)擴大等客觀要求 構建安全可靠 經濟高效的電網 變電所作為電力系統(tǒng)的重要組成部分 它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經濟運行 是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié) 起著變換和分配電能的作用 變電所的設計內容比較多 范圍廣 不同電壓等級和類型的變電所在設計時所考慮的側重點是不一樣的 因此在設計 過程中要針對變電站的規(guī)模和形式進行分析以確定出最佳方案 原始資料分析 一 設計任務 35KV 變電站電氣一次部分設計 二 待設計變電所基本資料 1 待設計變電站的電壓等級為 35kV 供電負荷 6 3kV 在企業(yè)內部 屬于一般降 壓變電站 2 建設規(guī)模 1 35kV 本期 2 進 2 出 最終 2 進 2 出 每回最大負荷 8000kW 2 6 3kV 本期 12 回出線 最終 12 回出線 每回最大負荷 1000kW 3 環(huán)境條件 1 海拔 200 米 溫度 20 40 2 污穢等級 度 地震基本烈度 7 度 3 雷暴日每年 58 2 天 第一章 主接線的選擇 1 1 主接線的設計原則 電氣主接線的設計是發(fā)電廠或變電所電氣設計的主體 與電力系統(tǒng)的情況 電廠動能 參數 原始資料以及電廠的運行可靠性 經濟性的要求密切相關 并對電氣設備的選擇和 布置 繼電保護和控制方式等有較大影響 電氣主接線基本原則以計劃書為依據 以國家經濟建設的方針 政策 技術規(guī)定 標 準為準則要保證電網安全可靠 調度靈活性 滿足各項技術要求的前提下 兼顧經濟運行 維護方便 節(jié)約投資 堅持可靠先進 適用 經濟 美觀的原則和基礎 使主接線的設計 具有先進性和可行性 1 2 電氣主接線的主要要求 1 保證必要的供電可靠性 供電可靠性是電力生產和電能分配的首要任務 保證供電可靠和電能質量是對主接線 最基本的要求 而且也是電力生產和分配的頭等任務 2 具有一定靈活性和方便性 3 具有一定經濟性 在滿足可靠性及靈活性的前提下 應盡力做到節(jié)約資源 占地面積小 電能損耗少 在滿足技術要求的前提下 主接線力求簡單 1 3 主接線的擬定 電氣主接線是根據電力系統(tǒng)和變電所具體條件確定的 它以電源和出線為主體 在進 出線路多時 一般超過四回 為便于電能的匯集和分配 常設置母線作為中間環(huán)節(jié) 使接 線簡單清晰 運行方便 有利于安裝和擴建 1 單母線接線 單母線接線接線簡單清晰 設備少 操作方便 便于擴建和采用成套配電裝置 但 是它不夠靈活可靠 當母線及母線隔離開關等故障或檢修時 將使整個配電裝置停電 進 出線檢修斷路器時 在整個檢修期間需中斷該進出線工作 為提高供電可靠性單母線可用 隔離開關分段 但當一段母線故障時 全部回路仍需短時停電 在用隔離開關將故障的母 線段分開后 才能恢復非故障段的供電 并且電壓等級越高 所接的回路數越少 一般只 適用于一臺主變壓器 單母接線適用于 中小型發(fā)電廠的電氣主接線 各類發(fā)電廠的廠用電接線進出線數量相較多的 6 220kV 的變電所中 材料中 35 63kV 配電裝置的出線回路數不超過 3 回 6 10kV 配電裝置的出線回路數不超過 5 回 才采用單母線接線方式 故不選擇單母接線 2 單母分段 單母分段接線適用于 1 6 10kV 配電裝置出線為 6 回及以上 2 35 63kV 配電裝置的出線回路數為 4 8 回 3 110kV 220kV 配電裝置的出線回路數為 3 4 回 3 單母分段帶旁路母線 這種接線方式 適用于進出線不多 容量不大的中小型電壓等級為 35 110kV 的變電 所較為實用 具有足夠的可靠性和靈活性 4 橋形接線 當只有兩臺變壓器和兩條輸電線路時 采用橋式接線 所用斷路器數目最少 它可分 為內橋和外橋接線 內橋接線 適合于輸電線路較長 故障機率較多而變壓器又不需經常切除時 采用內 橋式接線 當變壓器故障時 需停相應的線路 外橋接線 適合于出線較短 且變壓器隨經濟運行的要求需經常切換 或系統(tǒng)有穿越 功率 較為適宜 為檢修斷路器 QF 不致引起系統(tǒng)開環(huán) 有時增設并聯(lián)旁路隔離開關以 供檢修 QF 時使用 當線路故障時需停相應的變壓器 5 雙母接線 接線適用于 1 6 10kV 配電裝置 當短路電流較大 出線需要帶電抗器 2 35 63kV 配電裝置 出線回路超過 8 回 負荷較大 3 110kV 220kV 配電裝置出線回路在 5 回以上 6 雙母線分段接線 雙母線分段 可以分段運行 系統(tǒng)構成方式的自由度大 兩個元件可完全分別接到不 同的母線上 對大容量且在需相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的 由于這種母線接線方式是常用傳 統(tǒng)技術的一種延伸 因此在繼電保護方式和操作運行方面都不會發(fā)生問題 而較容易實現 分階段的擴建等優(yōu)點 但是易受到母線故障的影響 斷路器檢修時要停運線路 占地面積 較大 一般當連接的進出線回路數在 11 回及以下時 母線不分段 為了保證雙母線的配電裝置 在進出線斷路器檢修時 包括其保護裝置和檢修及調試 不中斷對用戶的供電 可增設旁路母線 或旁路斷路器 由于待設計變壓所為一座 35KV 降壓變電所 以 6 3KV 電纜線各車間供電 距該變電 所 6KM 處有一系統(tǒng)變電所 用 35KV 雙回架空線向待設計的變電所供電 在最大運行方式 下 待設計變電所高壓母線上的短路功率為 1000MVA 待設計變電所的高壓部分為二進二 出回路 為減少斷路器數量及縮小占地面積 可采用內橋接線 變電所的低壓部分為二進 八處回路 同時考慮以后裝設兩組電容量要預留兩個出線間隔 故 6 3KV 回路應至少設有 10 回出線 其中 一車間和二車間為 類負荷 其余為 類負荷 其主接線可采用單母 分段接線和單母分段帶旁路接線 綜合考慮 變電站 35kV 側選用內橋接線 6 3kV 側選用單母分段接線 該變電所的主接線形式初步擬定 如下圖 2 1 所示 圖 2 1 電器主接線方案 第二章 主變壓器的選擇 2 1 變電站變壓器臺數的選擇與確定 1 當變電站負荷較小或等級較低時 一般考慮只裝設一臺變壓器 2 當變電站供電負荷較大或有一類重要負荷時 應選用兩臺相同容量的主變壓 器 本設計變電站由 6KM 處的系統(tǒng)變電所用 35KV 雙回架空線路供電 類負荷要求有很 高的供電可靠性 對于 類用戶通常應設置兩路以上相互獨立的電源供電 同時 類負荷 也要求有較高的供電可靠性 綜合分析為提高對用戶的供電可靠性 確定該變電站選用兩臺相同容量的主變壓器 2 2 變電站主變壓器容量的選擇與確定 1 變電站主變壓器的容量一般按變電站建成后 5 10 年的規(guī)劃負荷考慮 并按 照其中一臺停用時其余變壓器能滿足變電站最大負荷的 60 70 選擇 2 對重要變電所 應考慮一臺主要變壓器停運后 其余變壓器在計算過負荷能 力及允許時間內 滿足 類負荷的供電要求選擇 變電所主變的容量是由供電負荷 綜合最大負荷 決定的 39107503205804 414971 KWQP867222 VAQS 每臺變壓器的容量按計算負荷的 80 選擇 KVA 693 8071 80 T 材料要求 35kV 本期 2 進 2 出 最終 2 進 2 出 每回最大負荷 8000kW 經查表選擇變壓器的型號為 SZ9 8000 35 即額定容量為 8000 因為KVA 即選擇變壓器的容量滿足要求 910867 SN80 2 5 主變壓器型式的確定 本設計中有兩種升高電壓向用戶供電所以可采用雙繞組或三繞組變壓器 包括自耦變壓器 1 最大機組容量在 125MW 及以下的變電站 而且變壓器各側繞組一般選用三繞組變壓 器 2 當最大機組容量在 200MW 以上時 采用發(fā)電機 雙繞組變壓器單元和聯(lián)絡變壓器 其聯(lián)絡變壓器宜選用三繞組 包括自耦變壓器 3 當變壓器需要與 110KV 及以上的兩個中性點直接接地系統(tǒng)相連接時 可優(yōu)先采用自 耦變壓器 在 330kv 及以下的發(fā)電廠和變電站中 一般都選擇用三相式變壓器 因為一臺三相式 較同容量的 3 臺單相式的變壓器投資小 占地少 損耗少 同時配電裝置簡單 運行維護 方便 本設計中變電所是 35KV 降壓變電所 所以在滿足供電可靠性的前提下 為減少投 資 應選用三相變壓器 3 1 變壓器的繞組接線方式必須使其線電壓和系統(tǒng)電壓相位一致 否則 不能并列 運行 2 電力系統(tǒng)采用的三相繞組連接方式有星形和三角形兩種 對于三相雙繞組變壓 器的高壓側 110KV 及以上電壓等級 三相繞組都采用 YN 連接 35KV 作為高 中壓側 時都可以采用 Y 35K 以下電壓側一般為 D 也有采用 Y 連接方式 3 對于三相雙繞組變壓器的低壓側 三相繞組采用 d 連接 若低電壓側電壓等 級為 380 220V 則三相繞組采用 yn 連接 在變電所中 為了限制三次諧波 我們選 用 Ynd11 常規(guī)連接的變壓器連接組別 綜上得該變電所的主變型號及相關參數如下表所示 表 2 1 主變型號及相關參數 額定電壓 KV 損耗 KW 變壓器型號 額定容 量 KVA 高壓 低壓 連 接組 標號 空載 負載 阻抗電 壓 空載電 流 SZ9 8000 35 8000 35 10 5 Ynd11 9 84 42 75 7 5 0 9 2 8 主變壓器調壓方式的確定 1 無勵磁調壓變壓器分接頭較少 調整范圍通常在 2 2 5 以內 2 有載調壓變壓器的分接頭較多 調整范圍可達 30 3 能滿足電壓正常波動情況下 采用無載調壓 本設計變電所的負荷屬于 類重要負荷 為了使變壓器有較大的調整范圍 確保 供電質量 我們選用有載調壓方式 4 第三章 所用電的設計 變電所用電系統(tǒng)設計和設備選擇 直接關系到變電所的安全運行和設備的可靠 最近幾年設計的變電所大都不采用蓄電池作為直流電源 而是廣泛采用晶閘管整流或復式 整流裝置取得直流電源 這就要求交流所用電源可靠連續(xù) 電壓穩(wěn)定 因此要求有兩個電 源 其電源的引入方式有內接和外接兩種 其接入方式有三種 如下圖 3 3 所示 圖 3 3 a 電源接入方式一 圖 3 3 b 電源接入方式二 圖 3 3 c 電源接入方式三 其中圖 3 3 a 兩臺所用變均從外部電源引進 其供電可靠性最高 但由于接入電 源電壓較高 35KV 投資成本也較大 圖 3 3 c 的所用變投資成本最低但其可靠性較 低 圖 3 3 b 的所用電源接入形式 當該變電站的兩臺主變壓器都發(fā)生故障時 一號 所用變又外不電源接入 可以保證變電所的所用電正常 其成本投資低于圖 3 3 a 是 在保證了可靠性的前提下最優(yōu)經濟方案 因此本變電所的所用變接線形式如圖 3 3 b 所示 第四章 短路電流的計算 4 1 短路電流概述 電力系統(tǒng)正常運行方式的破壞多數是由短路故障引起的 發(fā)生短路時 系統(tǒng)從一種狀 態(tài)劇變到另一種狀態(tài) 并伴隨產生復雜的暫態(tài)現象 短路故障時系統(tǒng)中將出現比正常運行 時的額定電流大許多倍的短路電流 其數值可達幾萬甚至幾十萬安 因此 在變電所設計 中必須全面地考慮短路故障各種影響 短路是電力系統(tǒng)的嚴重故障 所謂短路 是指一切不正常的相與相之間或 相與地 對于中性點接地系統(tǒng) 發(fā)生通路的情況 在三相系統(tǒng)中 可能發(fā)生的短路有 三相短路 兩相短路 兩相接地短路 和單相接地短路 其中 三相短路是對稱短路 系統(tǒng)各相與正常運行時一樣仍 處于對稱狀態(tài) 其他類型的短路都是不對稱短路 電力系統(tǒng)的運行經驗表明 在各種類型的短路中 單相短路占大多數 兩 相短路較少 三相短路的機會最少 三相短路雖然很少發(fā)生 其情況較嚴重 應給以足夠的重視 因此 本設計采用三相短路來計算短路電流 并檢驗電氣 設備的穩(wěn)定性 為使各電壓等級電網的開斷電流與設備的動 熱穩(wěn)定電流得以配合 并滿足目前我國 設備制作水平 35KV 電壓等級短路電流不應超過 25KA 短路容量不應超過 1500MVA 10KV 電壓等級短路電流不應超過 16KA 短路容量不應超過 280MVA 3 2 計算短路電流的目的 短路故障對電力系統(tǒng)的正常運行影響很大 所造成的后果也十分嚴重 因此在系統(tǒng)的 設計 設備的選擇以及系統(tǒng)運行中 都應該著眼于防止短路故障的發(fā)生 以及在短路故障 發(fā)生后腰盡量限制所影響的范圍 短路的問題一直是電力技術的基本問題之一 無論從設 計 制造 安裝 運行和維護檢修等各方面來說 都必須了解短路電流的產生和變化規(guī)律 掌握分析計算短路電流的方法 1 在選擇電氣主接線時 為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需 要采取限制短路電流的措施等 均需進行必要的短路電流計算 2 在選擇有足夠機械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設備時 這就需要以短路 計算為依據 3 為了合理配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數 必須對在 電力網中發(fā)生的各種短路進行計算和分析 4 在選擇繼電保護方式和進行整定計算時 需以各種短路時的短路電流 為依據 5 接地保護裝置的安裝設計 也需計算短路電流 3 3 短路電流的計算步驟 1 對網絡進行化簡 把供電系統(tǒng)看為無限大系統(tǒng) 列出各參數值 35kv 10 kV 1U1K2U2K 電力系統(tǒng) 架空線路 變壓器 Skml6 kvASN80 X 4 0 5 7 kU 圖 4 1 2 不考慮短路電流周期分量的衰減求出各元件對短路點的電抗標幺值 并計算短路電流標幺值 有名值 其中取 100MVA BSavrUB 線路 175 0364 0220 avrBLUSlX 變壓器 9 815 71 NBKTS 1 當在 K1 處發(fā)生三相短路時 最大運行方式下電源至短路點的總電抗為 0875 1 2 1 LX 無限大容量電源 E 短路電流周期分量的標么值 4 10875 XEI 有名值 34 13 KAUSIIBB 沖擊電流 58 72 Kiimpp 短路全電流最大有效值 9 26 18 2 1 12 KAIipip 短路容量 40 0 MVISB 最小運行方式下電源至短路點的總電抗為 0 175 XL 無限大容量電源 1 E 短路電流周期分量的標么值 7 51 0 I 有名值 9837 5 KAIB 沖擊電流 7 2 12 Kiimpp 短路容量 50 MVISB 2 當在 K2 處發(fā)生三相短路時 最大運行方式下電源至短路點的總電抗為 0 56 94 0 172 X XT4L2T3L1 無限大容量電源 1E 短路電流周期分量的標么值 79 156 0I XE 有名值 8 91379 KAIB 沖擊電流 9 248 12 KAIKiimpp 短路全電流最大有效值 8 14 1 22 KAIipip 短路容量 79 10 MVASB 最小運行方式下電源至短路點的總電抗為 15 94 015 TLX 無限大容量電源 1 E 短路電流周期分量的標么值 9 015 XEI 有名值 9 451039 KAIB 沖擊電流 6 2 82 Kiimpp 短路全電流最大有效值 4 7 1 9 4 1 222 KAIipimp 短路容量 0 MVAISB 表 4 2 短路電流計算結果表 短路點 運行方式 電源至 短路點電 抗標么值 X 短路電 流周期分 量有名值 KA I沖擊電流 KA imp全電流 KAimpI 短路容量S MVA 最大 0 0875 17 8 45 3 26 9 1140 K1 最小 0 175 8 9 22 7 13 4 570 最大 0 56 9 8 24 9 14 8 179 K2 最小 1 115 4 9 12 6 7 4 90 第五章 設備的選擇與校驗 5 1 概述 電氣設備的選擇是變電站設計的重要內容之一 如何正確地選擇電氣設備 將直接影響到電氣主接線和配電裝置的安全及經濟運行 所以在進行設備選擇 時 必須執(zhí)行國家的有關技術經濟政策 在保證安全 可靠的前提下 選擇電 氣設備以滿足電力系統(tǒng)安全 經濟運行的需要 電氣設備要能可靠的工作 必須按正常工作條件進行選擇 并按短路狀態(tài) 來校驗動 熱穩(wěn)定性 1 按額定電壓 額定電流選擇導體和電氣設備 所選電器和電纜允許最高工作電壓 不得低于回路所接電網的最高運maxyU 行電壓 maxgU 即 5 1 axyaxg 導體和電器的額定電流是指在額定周圍環(huán)境溫度 下 導體和電器的長0Q 期允許電流 應不小于該回路的最大持續(xù)工作電流yI maxgI 5 2 maxgI1 53NSU 式中 所統(tǒng)計各電壓側負荷容量 NS 各電壓等級額定電壓U 即 5 3 yImaxg 2 按短路條件校驗 電氣設備在選定后應按最大可能通過的短路電流進行動 熱穩(wěn)定校驗 一 般校驗取三相短路時的短路電流 如用熔斷器保護的電器可不校驗熱穩(wěn)定 當 熔斷器有限流作用時 可不驗算動穩(wěn)定 用熔斷器保護的電壓互感器回路 可 不驗算動 熱穩(wěn)定 短路熱穩(wěn)定校驗 滿足熱穩(wěn)定條件為 dQr 2rdztIrt 短路電流產生的熱效應dQ 短路時導體和電器允許的熱效應rQ 秒內允許通過的短時熱電流It 短路的動穩(wěn)定校驗 滿足動穩(wěn)定條件為 chidf If 短路沖擊電流幅值 kA chi 短路沖擊電流有效值 kA I 導體和電器允許通過的動穩(wěn)定電流幅值及有效值 kA dfif 由公式 5 2 可求得 35KV 側 86 6AmaxgI1 053NSU 6KV 側 505 29Aaxg N 5 2 母線和電纜的選擇與校驗 5 2 1 配電裝置中的母線 應根據具體情況按下列條件選擇和校驗 1 母線材料 截面形狀和布置方式的選擇 載流導體一般采用鋁質材料 對于持續(xù)工作電流較大且位置特別狹窄的 發(fā)電機 變壓器出線端部 以及對鋁有較嚴重腐蝕場所 可選用銅質材料的硬 裸導體 回路正常工作電流在 400A 及以下時 一般選用矩形導體 在 400 8000A 時 一般選用槽形導體 配電裝置中軟導線的選擇 應根據環(huán)境條件和回路負荷電流 電暈 無線 電干擾等條件 確定導體的截面和導體的結構型式 當負荷電流較大時 應根據負荷電流選擇導線的截面積 對 220kV 及以下 配電裝置 電暈對選擇導體一般不起決定作用 故可采用負荷電流選擇導體截 面 2 母線截面尺寸的選擇 除配電裝置的匯流母線及較短導體按導體長期發(fā)熱允許電流選擇外 其余 導體截面 一般按經濟電流密度選擇 1 為保證母線的長期安全運行 按導體長期發(fā)熱允許電流選擇 導體 能在電路中最大持續(xù)工作電流 應不大于導體長期發(fā)熱的允許電流maxgI yI 即 maxgIy 2 為了考慮母線長期運行的經濟性 應按經濟電流密度選擇導體截面 這樣可使年計算費用最低 經濟電流密度的大小與導體的種類及最大負荷年利 用小時數 有關 maxT 表 4 3 導體的經濟電流密度 最大負荷年利用小時數 T導體材料 3000 以下 3000 5000 5000 以上 鋁裸導線 1 65 1 15 0 9 銅裸導線 3 0 2 25 1 75 導體的經濟截面計算公式如下 SmaxgJI 3 熱穩(wěn)定校驗 按上述情況選擇的導體截面 還應校驗其在短路條件下的熱穩(wěn)定 S 裸導體熱穩(wěn)定校驗公式 5 13 dzcIt 2 熱穩(wěn)定系數 c 穩(wěn)態(tài)短路電流 kA I 短路等值時間dztS 表 4 4 不同工作溫度下裸導體的 C 值 工作溫度 40 45 50 60 65 70 75 80 鋁合金 99 97 95 91 89 87 85 83 硬銅 186 183 181 176 174 171 169 166 4 動穩(wěn)定校驗 求出的母線最大相間計算應力不超過母線材料的應允應力 即 max y 母線最大相間計算彎曲應力為 5 14 max MW 210phfLaP 式中 為單位長度導體上所受相間電動力 phf N 為導體支柱絕緣子間的跨距 Lm 為導體所受的最大彎距 MN 為導體對垂直于作用力反向軸的截面系數 取值W26bh 當三相母線水平布置且相間距離為 a 時 三相短路造成的單位長度母線上 所受最大相間電動力為 5 15 phf721 30chai 母線材料的允許應力 硬鋁 為 69 106Pa 硬銅 137 106Pa 銅為y y 157 106Pa 1 35kV 母線的選擇 動穩(wěn)定校驗 變壓器 35kV 側最大持續(xù)工作電流為 1 05 倍的變壓器的額定電流 86 6AmaxgI1 053NSU 經查有關設計手冊得 試選用 LMY100 8 單條矩形鋁線平放時 長期允許 載流量為 1542A 取綜合校正系數 0 81 則實際載流量為 KalI 1542 0 81 1249A maxgI 校驗在 d1 3 點短路時的動穩(wěn)定 取 L 1m a 0 7m 40 5kA 則作用在chi 母線上的最大計算應力按公式 405 3 phf721 30chai Nm 13 36 W6b610 3 3 03 max 2phfL aP 69 106 y 則動穩(wěn)定校驗合格 按電壓損失校驗 35 kV 及以下線路要考慮電壓損耗 允許電壓損耗百分數為 校驗其電壓損 5 耗 35 kV 架空線路相間距取 則其幾何均距m150mD89 135 3 查 幾何均距為 2 0 時的電阻 70 LGJ kR 40 kmX 403 35 kV 架空線長 線路末端km6 391074jQjPS VUlXQlRPN 2 8675 6 0 00 VNyx 1703 5 合格 Vyx2 867 故 35 kV 進線選 滿足要求 0 LGJ 2 6kV 母線的選擇 因變電所年最大負荷利用小時數 3000h 查表可知 1 45A mmmaxTJ 505 29AgI1 053NSU 導體的經濟截面可由下式 349 SmaxgJI2 經查有關設計手冊得 試選用 LMY80 10 單條矩形鋁線平放時 長期允 許載流量為 1427A 取綜合校正系數 0 81 則實際載流量為K 1427 0 81 1156A alI maxgI 校驗在 K2 點三相短路時的動穩(wěn)定 取 L 1m a 0 25m 29 27kA 則chi 作用在母線上的最大計算應力按公式 593 phf721 30chai Nm 10 69 W6b61 3 4 77 max 2phfLaP 69 106 ay 則動穩(wěn)定校驗合格 校驗在 K2 點三相短路時的熱穩(wěn)定 短路時的熱穩(wěn)定系數 C 87 I 11 48kA 2sdzt 800 210 SdzcIt 2m 則熱穩(wěn)定校驗合格 故所選的 LMY80 10 矩形鋁母線符合要求 4 主變 35kV 側至 35kV 母線連線的選擇 根據設計要求及有關規(guī)定一般選矩形鋁母線做變壓器至母線的連接線 86 6AmaxgI 經查有關設計手冊得 試選用 LMY100 8 單條矩形鋁線平放時 長期允 許載流量為 1542A 取綜合校正系數 0 81 則實際載流量為K 1542 0 81 1240A alImaxgI LMY100 8 單條矩形鋁母線動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定此前校驗過 滿足要求 故所選的 LMY100 8 符合要求 5 主變 6kV 側至 6kV 母線連線的選擇 根據設計要求 其截面應按最大持續(xù)工作電流選擇 并按 d2 3 短路進行動熱 穩(wěn)定校驗 86 6AmaxgI1 053NSU 經查有關設計手冊得 試選用 LGJ 300 40 型 長期允許載流量為 610A 取綜合校正系數 0 81 則實際載流量為 610 0 81 494 1A KalImaxgI 動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗同上 滿足要求 故所選的 LGJ 300 40 鋁線符合要求 35 kV 進線為雙回路 按經濟電流密度選擇其截面 AUQPINg 5 71329074 322max 查表 4 3 得 hT40ax 1J2 m 2max9 65 7JISg 查電力工程電氣設計手冊選 周圍空氣溫度為 時的安全電流為70 LG025 275 A 該變電所的歷年平均最高氣溫為 29 9 攝氏度 查電流修正系數表得修正系數94 0 K 則安全電流 AKI 5 2894 0752 1 機械強度的校驗 合格2216mS 2 發(fā)熱條件的校驗 合格AIIg5 287 69max 進線回路的最大持續(xù)工作電流除考慮正常負荷電流外 還需考慮事故狀態(tài)下由一回線路輸 送的工作電流 IIgg 1435 72max ax 合格 A8143 5 2 2 電纜芯線材料及型號選擇 1 按結構類型選擇 2 按額定電壓選擇 3 按最大持續(xù)工作電流選擇電纜截面 4 按經濟電流密度選擇電纜截面 5 按短路熱穩(wěn)定校驗電纜截面 6 按電壓損失校驗 各段電纜的選擇 通風機電纜選取 按經濟電流密度選擇導線的截面 由于 3000h 年 查maxT 表可得 1 73A J2m 64AmaxgI1 053NSU 導體的經濟截面可由下式 37 SmaxgJI2 按以上計算和設計任務要求可選擇三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝電纜 YJV22 70 纜芯截面為 70 載流量為 203A 正常允許最高溫度為 90 2 r 0 268 km x 0 443 km 按長期發(fā)熱允許電流校驗 電纜載流量的校正系數為 1 當電纜間距取 300mm 時 查表得 1 tK4K 1 3K 則單根直埋電纜允許載流量為 203 64A20alItK4325alI 則滿足設計要求 熱穩(wěn)定校驗 短路時的熱穩(wěn)定系數 C 102 18 76KA 2sI dzt 70 26 ScI2m 滿足導線的最小截面的要求 熱穩(wěn)定校驗合格 電壓降校驗 2 1 5 U max173 cosin LrxI 則校驗合格 可見 選用三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝電纜 YJV22 70 電纜能夠滿足要求 表 4 6 母線 電纜所選型號 35kV 母線 6kV 母線 主變 35kV 側至 35kV 母線 主變 6kV 側至 6kV 母線 電纜70 LGJ LMY80 10 LMY100 8 LGJ 300 40 YJV22 70 5 3 互感器的選擇與配置 5 3 1 電流互感器的選擇 電流互感器的選擇應該滿足一次回路的額定電壓 額定電流 最大負荷電流計短路電 流的動 熱穩(wěn)定性校驗 1 按一次額定電壓選擇 電流互感器的一次額定電壓必須與安裝處的電網電壓一致 即 NTAU 式中 電流互感器銘牌標出的額定電壓 kV TAU 電流互感器安裝點的額定電壓 kV N 2 按一次額定電流選擇 在電流互感器周圍空氣溫度一定的條件下 連續(xù)流過互感器的一次電流 允許為其額定 值的 120 3 按額定二次電流選擇 由于儀表與繼電器已經系列化生產 二次標準電流為 5A 電流互感器應與二次標準電流 一致 也為 5A 4 按準確度等級選擇 電流互感器的準確度等級 應根據不同的用途選擇 準確度等級可分為 0 2 0 5 1 3 10 級等幾個不同的等級 5 二次負荷的計算 二次負荷的計算公式為 22SZi 式中 二次計算負荷 V A 2S 二次計算電流 A i 由于二次電流已標準化為 5A 負荷主要決定于外部阻抗 其表達式為2ZjdsR Z2 式中 二次負荷的外部阻抗 2Z 連接儀表串聯(lián)繞組的阻抗 s 二次連接導線的電阻 dR 連接導線接頭的接觸電阻 j 5 3 2 電壓互感器的選擇 電壓互感器的選擇與配置 除應滿足一次回路的額定電壓外 其容量與準確度等級應 滿足測量儀表 保護裝置和自動裝置的要求 負荷分配應在滿足相位要求下盡量平衡 接 地點一般設在配電裝置端子箱處 電壓互感器的選擇不需要進行動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定校驗 選擇應滿足以下條件 1 按額定電壓選擇 所選電壓互感器一次側額定電壓必須與安裝處電網的額定電壓一致 二次側額定電壓 一般為 100V 按額定電壓選擇 應滿足 NTVU 式中 電壓互感器銘牌標出的額定電壓 kV TVU 電壓互感器安裝點的額定電壓 kV N 2 電壓互感器類型的選擇 根據用途和二次負荷性質 選擇電壓互感器的類型及二次接線方式 3 按準確度等級選擇 除以上兩點 選擇電壓互感器時還注意其準確度等級及二次負荷容量 5 3 斷路器的選擇 斷路器具有完善的滅弧性能 正常運行時 用來接通和開斷負荷電流 短路故障時 斷路器與繼電保護裝置配合使用用以切斷短路電流和故障線路 保證非故障線路的正常供 電及系統(tǒng)的穩(wěn)定運行 斷路器的種類和型式的選擇 除滿足各項技術條件和環(huán)境條件外 還應該考慮便于安 裝調試和運行維護 并經技術經濟比較后才能確定 根據我國生產制造情況 電壓為 6 220KV 的電網可選用少油斷路器 真空斷路器和 SF6 斷路器 又由于真空斷路器 SF6 斷路器比少油斷路器 可靠性好 維護方便 滅弧性能更高 所以 35kV 一般采用 SF6 斷 路器 真空斷路器只適應于 6kV 電壓等級 5 4 隔離開關的選擇 隔離開關是發(fā)電廠和變電站中常用的開關電器 它與斷路器的差別是沒有專門設置的 滅弧裝置 不能用來切斷或接通電路中的負荷電流只能關合小電流電路 檢修電氣設備時 形成明顯可見斷口從而保證人員安全 用隔離開關配合斷路器 在電路中進行倒閘操作 在用于倒閘操作時 稱為操作電器 對隔離開關的要求 1 有明顯的斷口 根據斷開點可判斷被檢修的電氣設備和載流導體是否與電網可靠 隔離 2 斷口是否有足夠可靠的絕緣強度 3 要有足夠的動 熱穩(wěn)定性 4 安裝在變壓器引出線或中性點上的避雷器可不裝設隔離開關 第六章 無功補償 電分書上 概述 電力系統(tǒng)的運行無功功率平衡與電壓水平密切相關 為了確保系統(tǒng)的運行電壓具有正 常水平 系統(tǒng)擁有的無功功率電源必須滿足正常電壓水平下的無功需求 并留有必要的備 用容量 電力系統(tǒng)的無功功率平衡應該分別按最大和最小負荷的運行方式進行計算 必要 時還應該校驗某些設備檢修時或故障后運行方式下的無功功率平衡 由于串聯(lián)電容補償裝 置至改變線路參數而且改變功率因數作用及其微小所以不予考慮 根據無功功率的需要 增添必要的無功補償容量 并按無功功率就地平衡的原則進行 補償容量的分配 小容量 分散的無功補償可采取靜電電容器 大容量的 配置在系統(tǒng)中 樞點的無功補償則宜采用同步調相機或靜止補償器 除發(fā)電機和輸電線路外的無功電源主要有 并聯(lián)電容補償裝置 同步調相機 靜止無功補 償器 后兩者屬于動態(tài)的無功補償裝置 1 并聯(lián)電容裝置 由于電感和電容取用的無功電流相位相反 電感需要的無功功率大 部分可由電容器就地供給 若電容器選擇適當 電源只要供給有功電流和少量的無功電流 就可以了 并聯(lián)電容補償還可以分為個別補償 分組補償 集中補償 2 靜止無功補償器由晶閘管控制電抗器與靜電電容器并聯(lián)組成 電容器可發(fā)出無 功功率 電抗器可吸收無功功率 兩者結合在一起再配以適當的調節(jié)裝置 就成為能夠平 滑的改變輸出 或吸收 無功功率的精止補償器 晶閘管投切時電容器不會產生諧波 可 以消除高次諧波從而提高電壓質量 提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和降低工頻過電壓的功能 3 同步調相機相當于空載運行的同步電動機 在過勵磁運行時 它向系統(tǒng)供給感性 無功功率起無功電源作用 在欠勵磁運行時可從系統(tǒng)吸取感性無功起無功負荷作用 根據 裝設點電壓情況改變輸出無功功率以維持電網電壓 并可以強勵補償容性無功 提高電網 的穩(wěn)定性 但同步調相機的響應速度較慢 難以適應動態(tài)無功控制的要求故目前已經很少采用 所以本設計中可采取的無功補償裝置為 并聯(lián)電容裝置 靜止無功補償器 綜上所述 為了最大限度的發(fā)揮無功補償設備的經濟效益 采用無功功率補償應全面規(guī)劃 合理布局 分級補償 就地平衡 在進行無功功率平衡計算的基礎上 根據無功功率缺額 進行無功補償經濟效益 投資和回收年限的比較確定最優(yōu)補償容量和最佳分配方式 具體 做法可采用 1 集中補償和分散補償相結合 在負荷集中的變電站 裝設一定容量的電容器 或同步補償機進行集中補償 集中補償便于管理 分散補償通?？裳b設在配 電線路的主干線 分支處或用戶處 分散補償可達到就近補償 補償效果明 顯 2 降損和調壓相結合 無功功率補償裝置減少了線路的無功功率輸送 既減少 了無功輸送的電能損失 也降低了電壓損耗 這兩方面具有一致性可結合考 慮 3 供電部門和用戶補償相結合 無功補償設在用戶處具有明顯的效果 對用戶 是很有利的 一方面提高了用戶的功率因數 另一方面也使用戶電壓得以保 證 供電部門從無功功率平衡和維持電壓水平要求 裝設調相機和電容器 既減少了電能損失也減少了電壓損耗 具有相一致的效果 4 就地平衡與全網平衡相結合 供電電力網應達到全網無功功率平衡 以保證 電能質量 全網無功平衡并不能保證每點的無功功率平衡和電壓水平 所以 無功功率補償設備應裝設那些電壓最低點 采用就地平衡和全網平衡相結合 以保證每一點在所要求的電壓范圍內 既滿足了電壓質量 也達到降損目的 第七章 防雷接地設計 7 1 防雷保護的必要 雷電會引起大氣過電壓 它通常高于電氣裝置正常工作電壓許多倍 對電氣設備的絕 緣會造成嚴重威脅 即使是在電氣裝置附近發(fā)生雷擊放電 也會在鄰近的電氣設備中感應 危險過電壓 這種感應過電壓幅值可達 300 400KV 足以使 60 80cm 的空氣間隙擊穿放 電 對于 35KV 電網中絕緣可能遭到破壞 需采用過電壓保護器件進行防雷 7 2 避雷針高度的確定 根據變電所的平面布置圖 采用四根等高避雷針對變電站進行防直擊雷保護 計算能有效全部保護改變電站所需的避雷針高度 門型架構高 7 5 橋型線路高 4 主變高 3 建筑物高 6mmm 設避雷針高度小于 30 則高度影響系數取 1 D021312 D321413 D9 202134 mph8 175 2012 3 9 41014142h 獨立避雷針的高度為 12 小于 30 原假設成立 m 校驗 06 24179 35 75 114 xxpDhb 即當選擇獨立避雷針的高度為 12 時 能有效全保護該變電所 7 3 接地體和接地網的設計 1 接地體的設計 避雷針的接地體采用長 3 規(guī)格為 的角鋼制成獨立垂直接地體 mm50 土壤電阻率取 200 則接地電阻 8 5614 038ln314 28ln2dRe 從安全的角度考慮 接地體電阻應小于 10 故采用多根垂直接地體并聯(lián)來降低接地電 阻 則需要的角鋼根數為 1 3 42 1 870 561 eRn 避雷針的獨立接地體為 9 根角鋼并聯(lián)制成的垂直接地體 2 接地網的設計 變電所內需要有良好的接地裝置以滿足工作接地 保護接地和防雷接地的要求 一般 做法是根據保護接地和工作接地要求敷設一個統(tǒng)一的接地網 然后再在避雷器與地網的連 接點增加接地體以滿足防雷接地的要求 11 接地網通常用 的扁鋼或直徑為 20 的圓鋼水平敷設 埋入地下 深度不宜小m40 m 于 0 6 在水平距離與避雷針相距 5 的地方敷設地網 敷設地網的面積 2680341523S 接地網的總體接地電阻 680 0SRe 變電所接地網的工頻接地電阻一般在 0 5 5 之間 在該范圍內 符合要求 3eR 第八章 繼電保護的配置 8 1 繼電保護的基本知識 繼電保護裝置就是指能反應電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài) 并動作 于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置 對繼電保護的要求有 選擇性 速動性 靈敏 性 可靠性 1 選擇性 是指電力系統(tǒng)故障時 應由距故障點最近的保護裝置動作 僅將故障 元件從電力系統(tǒng)中切除 盡可能的縮小停電范圍 保證無故障部分順利進行 2 速動性 快速的切出故障可以提高電力系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定性 力求保護裝置 能迅速動作切出故障 3 靈敏性 是指對其保護范圍內發(fā)生任何故障或不正常運行狀態(tài)的反應能力 要 求保護裝置在事先規(guī)定的保護范圍內部故障時 不論短路點的位置 短路類型如何它都能 敏銳感覺 正確反應 4 可靠性 指在該保護裝置規(guī)定的保護范圍內發(fā)生了它應該動作的故障時 它不 應該拒絕動作 而在任何其他保護裝置不應該動作的情況下則不應該誤動作 8 1 2 繼電保護設計的原則 繼電保護裝置除應滿足以上要求外 還應該考慮經濟性 首先從國民經濟的整體利益 出發(fā) 按被保護元件在電力系統(tǒng)中的地位和作用來確定保護方式 而不能只從保護裝置本 身的投資考慮 因為不完善或不可靠的保護會給國民經濟造成損失 一般都遠遠超過即使 是最復雜的保護裝置的投資 8 2 輸電線路的保護配置 10 35KV 中性點非直接接地電網中 輸電線路的相間短路保護必須動作于斷路器跳 閘 單相接地時 由于故障點的接地電流很小 因而該電網又稱為小電流接地系統(tǒng) 三 相之間的線電壓仍然保持對稱 對負荷供電沒有影響 因此 在一般情況下允許再繼續(xù)運 行 1 2h 而不必立即跳閘 這也是采用中性點非直接接地運行的主要優(yōu)點 但是在單相 接地以后 其他兩相對地電壓要升高 倍 為了防止故障進一步擴大成兩點接地或相間3 短路 應及時發(fā)出信號 以便運行人員采取措施予以消除 因此 在單相接地時 一般只 要求繼電保護能有選擇性地發(fā)出信號 而不必跳閘 但當單相接地對人身安全和設備安全 構成威脅時 則應動作于跳閘 10 35KV 中性點非直接接地電網 其輸電線路應針對相 間短路和單相接地故障配置相應的保護裝置 結 論 本次畢業(yè)設計題目是35KV變電站的設計 通過本次設計使我對自己大學四年所學的專 業(yè)課程有了更進一步的了解 鞏固了專業(yè)知識和實際分析能力 同時也意識到自己的不足 之處 以前只是簡單的學習課本知識并沒有真正把握課程的實際應用 畢業(yè)設計是完全的 體現個人思考和組織語言的能力 一步一步的完善論文任務書的要求 除此之外我也掌握 了繪制主接線圖知識和方法 培養(yǎng)了論文寫作的基本知識和查閱文獻資料的技巧 為今后 的學習和工作奠定基礎 本設計是對我的大學學習的一次考核 端正了我的學習態(tài)度 本設計將發(fā)電廠電氣部分 電力系統(tǒng)分析 高電壓工程 繼電保護原理等課程綜合運 用 完整表述論文的各個環(huán)節(jié) 主接線的設計 短路電流的計算 繼電保護的配置以及防 雷裝置的配置等 把所有知識點結合在一起使我對所學知識有了整體的把握 雖然我已經完成了 35KV 變電站電氣部分的設計 但是其中會有很多的不足需要在今 后的學習中不斷改正 對某些復雜的計算自己還是是懂非懂 所以我必須不斷學習積累知 識和經驗 我希望未來我國電力系統(tǒng)會有更加完善的發(fā)展 不斷提高供電的可靠性和經濟性 最后 我要感謝我的指導老師 她認真負責的工作態(tài)度讓我由然敬佩 本完成本設計 的過程中她給了我不斷的支持和鼓勵 我向她致以衷心的感謝 參考文獻 References 1 常美生 高電壓技術 2 版 北京 中國電力出版社 2007 2 孫成普 變電所及電力網設計與應用 2 版 北京 中國電力出版社 2008 3 吳靚 謝珍貴 發(fā)電廠及變電站電氣設備 北京 中國水利水電出版社 2004 4 戈東方 電力工程電氣設計手冊 第一冊 電氣一次部分 北京 中國電力出版社 1989 5 陳光會 王敏 電力系統(tǒng)基礎 北京 中國水利水電出版社 2004 6 陳利 發(fā)電廠及變電所二次回路 北京 中國電力出版社 2007 7 沈詩佳 電力系統(tǒng)繼電保護及二次回路 北京 中國電力出版社 2007 8 李仕鳳 段傳宗 35 110Kv 小型化無人值班變電站標準工程圖集 北京 中國水利水 電出版社 2000 9 李金英 繼電保護 北京 中國電力出版社 2008 10 朱軍 35kv 及以上工程 下 北京 中國電力出版社 2002 11 堯有平 李曉華 電力系統(tǒng)工程 CAD 設計與實訓 北京 北京理工大學出版社 2008