110KV变电站一次接线设计
发电厂电气部分综合设计
题目 110kV变电站一次接线设计
专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气(3)班 学生姓名 白云龙 [1**********]
张浩洋 [1**********] 王佳淼 [1**********]___
任课教师 姜新通 ____
黑龙江八一农垦大学 2011年06月05日
目录………………………………………………………………………(1)
摘要………………………………………………………………………(2) 概 述 …………………………………………………………………… (2) 第一章 电气主接线……………………………………………………(3)
1.1 110kv 电气主接线…………………………………………(4) 1.2 35kv 电气主接线 …………………………………………(5) 1.3 10kv 电气主接线………………………………………… (6) 1.4 站用变接线 ………………………………………………(7) 第二章 负荷计算及变压器选择 ..…………………………………(9) 2.1 主变台数、容量和型式的确定………………………………(10) 2.2 站用变台数、容量和型式的确定……………………………(11) 2.3负荷计算…………………………………………………………(11) 第三章 短路电流的计算………………………………………………(12) 3.1 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果………………(12) 第四章 主要电气设备选择……………………………………………(12) 4.1 高压断路器的选择……………………………………………(13 4.2 隔离开关的选择………………………………………………(13) 4.3 母线的选择……………………………………………………(14) 4.4 电流互感器的选择……………………………………………(14) 4.5电压互感器的选择……………………………………………(14) 4.6各主要电气设备选择结果一览表……………………………(14) 附录I
设计计算书 …………………………………………………………(16 附录II
电气主接线图 ………………………………………………………(21) 参考文献 ............................................................................. (22)
摘 要
本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数,分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性,然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑,并通过对负荷资料的分析,安全,经济及可靠性方面考虑,确定了110kV ,35kV ,10kV 以及站用电的主接线,然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数,容量及型号,同时也确定了站用变压器的容量及型号,最后,根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果,对高压熔断器,隔离开关,母线,绝缘子和穿墙套管,电压互感器,电流互感器进行了选型,从而完成了110kV 电气一次部分的设计。
关键词:变电站 变压器 接线
概 述
1. 待设计变电所地位及作用
按照先行的原则,依据远期负荷发展,决定在本区兴建1中型110kV 变电
所。该变电所建成后,主要对本区用户供电为主,尤其对本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。同时和其他地区变电所联成环网,提高了本地供电质量和可靠性。
110kV 出线4回,2回备用 35kV 出线8回,2回备用 10kV 线路12回,另有2回备用
2. 变电站负荷情况及所址概况
本变电站的电压等级为110/35/10。变电站由两个系统供电,。系统S1为
600MVA ,容抗为0.38, 系统S2为800MVA ,容抗为0.45. 线路1为30KM, 线路2为20KM, 线路3为25KM 。该地区自然条件:年最高气温 40摄氏度,年最底气温- 5摄氏度,年平均气温 18摄氏度。出线方向110kV 向北,35kV 向西,10kV 向东。
所址概括,黄土高原,面积为100×100平方米,本地区无污秽,土壤电阻率7000Ω.cm 。
本论文主要通过分析上述负荷资料,以及通过负荷计算,最大持续工作电流及短路计算,对变电站进行了设备选型和主接线选择,进而完成了变电站一次部分设计。
第一章 电气主接线设计
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身,同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此,发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。
1 运行的可靠
断路器检修时是否影响供电;设备和线路故障检修时,停电数目的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。
2 具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式,达到调度的目的,而且在各种事故或设备检修时,能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小,并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。 3 操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便,尽可能使操作步骤简单,便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作,还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单,可能又不能满足运行方式的需要,而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。
4 经济上合理
主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上,还应使投资和年运行费用小,占地面积最少,使其尽地发挥经济效益。
5应具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展,电力负荷增加很快。因此,在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。
变电站电气主接线的选择,主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
1.1 110kV电气主接线
由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。那么其负荷为地区性负荷。变电站110kV 侧和10kV 侧,均为单母线分段接线。110kV ~220kV 出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位,出线数目为4回及以上的配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV ~110kV 系统中,当不允许停电检修断路器时,可设置旁路母线。
根据以上分析、组合,保留下面两种可能接线方案,如图1.1及图1.2所示。
图1.1单母线分段带旁母接线
图1.2双母线带旁路母线接线
表1-1
势。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析,决定选第Ⅱ种方案为设计的最终方案。
1.2 35kV电气主接线
电压等级为
35kV ~60kV ,出线为4~8回,可采用单母线分段接线,也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电,采用单母线分段接线和双母线接线时,可增设旁路母线。但由于设置旁路母线的条件所限(35kV ~60kV 出线多为双回路,有可能停电检修断路器,且检修时间短,约为2~3天。)所以,35kV ~60kV 采用双母线接线时,不宜设置旁路母线,有条件时可设置旁路隔离开关。
据上述分析、组合,筛选出以下两种方案。如图1.3及图1.4所示。
图1.3单母线分段带旁母接线
对图1.3及图1.4所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较。见表1-2
经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ,但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高,可选用投资小的方案Ⅰ。
1.3 10kV电气主接线
6~10kV 配电装置出线回路数目为6回及以上时,可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多,输送和穿越功率较大,要求可靠性和灵活性较高的场合。
上述两种方案如图1.5及图1.6所示。
图1.5单母线分段接线
图1.6双母线接线
对图1.5及图1.6所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较,见表1-3
可靠性。所以选用方案Ⅰ。
1.4 站用电接线
一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。故提出单母线分段接
线和单母线接线两种方案。
上述两种方案如图1.7及图1.8所示
图1.7单母线分段接线
对图1.7及图1.8所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较,见表1-4。 表1-4 主接线方案比较
第二章 主变台数、容量和型式的确定
2.1.1变电所主变压器台数的确定
主变台数确定的要求:
1. 对大城市郊区的一次变电站,在中、低压侧已构成环网的情况下,变电站以装设两台主变压器为宜。
2. 对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站,在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
2.1.2变电所主变压器容量的确定
主变压器容量确定的要求:
1. 主变压器容量一般按变电站建成后5~10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10~20年的负荷发展。
2. 根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站,应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量在设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:对一般性变电站停运时,其余变压器容量就能保证全部负荷的60~70%。S 总=68.494MVA由于上述条件所 限制。所以,两台主变压器应各自承担34.247MVA 。当一台停运时,另一台则承担70%为47.946MVA 。故选两台50MVA 的主变压器就可满足负荷需求。
2.1.3 变电站主变压器型式的选择
具有三种电压等级的变电站中,如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该
变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷,但在变电站内需装设无功补偿设备时,主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压,减少电压波动所以选择有载调压方式,且规程上规定 对电力系统一般要求10K V 及以下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国110kV 及以上电压
变压器绕组都采用Y 0连接;35kV 采用Y 连接,其中性点多通过消弧线圈接地。35kV 以下电压变压器绕组都采用 连接。 故主变参数如下:
2.2 站用变台数、容量和型式的确定
2.2.1站用变台数的确定
考虑到性,所以装设两台站用变压器,并采用暗备用的方式。
2.2.2站用变容量的确定
站用变压器 容量选择的要求:站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和
留有10%左右的裕度,以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式,正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行,当任意一台变压器因故障被断开后,其站用负荷则由完好的站用变压器承担。
S 站=96.075/(1-10%) =106KVA
2.2.3 站用变型式的选择
考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标,可选用干式变压器。
因本站有许多无功负荷,且离发电厂较近,为了防止无功倒送也为了保证用户的电压,以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性,应进行合理的无功补偿。
2.3 负荷计算
要选择主变压器和站用变压器的容量,确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷,包括站用电负荷(动力负荷和照明负荷)、
10kV φ负荷、35kV 负荷和110kV 侧负荷。由公式
p
(1+α%) (2-1)式中 s S c =K t ∑i =1cos ϕ
等级的计算负荷
n
C
——某电压
k
t
—同时系数(35kV 取0.9、10kV 取0.85、35kV
荷与10kV 各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85) а%——该电压等级电网的线损率,一般取5% P 、cos ϕ——各用户的负荷和功率因数
2.3.1 站用负荷计算
S 站=0.85×(91.5/0.85)×(1+5%) =96.075KVA ≈0.096MVA
2.3.2 10kV负荷计算
S10KV=0.85[(4+3+3.5+3.2+3.4+5.6+7.8)×0.85+3/9×4]×(1+5%) =38.675WVA
2.3.3 35kV负荷计算
S35KV=0.9×[(6+6+5+3)/0.9+(2.6+3.2)/0.85]×(1+5%) =27.448MVA
2.3.4 110kV负荷计算
S110KV=0.9×(20/0.9+5.8/0.85+25.5/0.85+12/0.9) ×(1+5%)+ S站
=68.398+0.096 =68.494MVA
第三章 工作电路短路计算
3.1 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果
短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加,它不仅会影响用户的正常供电,而且会破坏电力系统的稳定性,并损坏电气设备。因此,在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中,都必须对短路电流进行计算。
短路电流计算的目的是为了选择导体和电器,并进行有关的校验。按三相短
路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有4个,即110KV 母线短路(K1点),35KV 母线短路(K2)点,10KV 电抗器母线短路(K3点),0.4KV 母线短路(K4点)。
3.2 各回路最大持续工作电流
根据公式 容量
S
max
=3
U I
e
g max
(3-1) 式中
S
max
---- 所统计各电压侧负荷
U
e
---- 各电压等级额定电压
I
g max
---- 最大持续工作电流
S
max
=3
U I
e
g max
I
g max
=
S
max
/3
U
e
则:10kV
35kV 110kV
I I I
g max
=38.675MVA/×10KV=2.232KA =27.448 MVA/3×35KV=1.58KA
=68.494 MVA/3×110KV=3.954 KA (计算过程见附录Ⅰ)
g max
g max
第四章 主要电气设备选择
电气设备选择的一般原则为:
1. 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。 2. 应满足安装地点和当地环境条件校核。 3. 应力求技术先进和经济合理。 4. 同类设备应尽量减少品种。
5. 与整个工程的建设标准协调一致。
6. 选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。 1. 电压
选用的电器允许最高工作电压Umax 不得低于该回路的最高运行电压U g , 即,U max >Ug
2. 电流
选用的电器额定电流I e 不得低于 所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流I g ,即I e >Ig 校验的一般原则:
1. 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验,校验短路电流一般取最严重情况的短路电流。
2. 用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 3. 短路的热稳定条件
td " 2222
Qd =Q =+10td /2+td ≥Qd I I I I rt
12
2
Qdt ——在计算时间ts 内,短路电流的热效应(KA S ) It ——t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(KA 2S ) T ——设备允许通过的热稳定电流时间(s ) 校验短路热稳定所用的计算时间Ts 按下式计算
t=td+tkd式中td ——继电保护装置动作时间内(S )tkd ——断
()
4.1 高压断路器的选择
选择断路器时应满足以下基本要求:
1. 在合闸运行时应为良导体,不但能长期通过负荷电流,即使通过短路电流,也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。 2. 在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。
重量轻、安装维护方便。
4.2 隔离开关的选择
隔离开关是高压开关设备的一种,它主要是用来隔离电源,进行倒闸操作的,还可以拉、合小电流电路。
选择隔离开关时应满足以下基本要求:
1. 隔离开关分开后应具有明显的断开点,易于鉴别设备是否与电网隔开。 2. 隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离,以保证过电压及相间闪络的情况下,不致引起击穿而危及工作人员的安全。
3.
4. 能降低操作时的过电压。
5. 隔离开关的结构简单,动作要可靠。
6. 带有接地刀闸的隔离开关,必须装设连锁机构,以保证隔离开关的正确操作。
4.3 各级电压母线的选择
选择配电装置中各级电压母线,主要应考虑如下内容:
⑴、选择母线的材料,结构和排列方式;
⑵、选择母线截面的大小;
⑶、检验母线短路时的热稳定和动稳定;
⑷、对35kV 以上母线,应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕; ⑸、对于重要母线和大电流母线,由于电力网母线振动,为避免共振,应校验母线自振频率。
4.4电流互感器的配置和选择
一. 参数选择
1. 技术条件
(1) 正常工作条件——一次回路电流,一次回路电压,二次回路电流,二
次回路电压,二次侧负荷,准确度等级,
(2) 短路稳定性——动稳定倍数,热稳定倍数 (3) 承受过电压能力——绝缘水平,泄露比
2. 环境条件
环境温度,最大风速,相对湿度。
二. 型式选择
35kV 以下的屋内配电装置的电流互感器,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 以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器,在有条件时,如回路中有变压器套管,穿墙套管,应优先采用套管电流互感器,以节约投资,减少占地。
4.5 电压互感器的配置和选择
一. 参数选择 1. 技术条件
(1)正常工作条件——一次回路电压,一次回路电流,二次负荷,准确度等
级,机械负荷
(2)承受过电压能力——绝缘水平,泄露比距。
二. 环境条件
4.6 各主要电气设备选择结果一览表
附录:Ⅰ 短路电流计算书
等效电路图
查表知
LGJQ-150 X*=0.1989 /KM 选基准:
S
B
=100MVA U B =U av
当K1Xl=X*L=0.1989×30/2=2.95= X7‖ X8 X10=0.38×110/600=7.7 X11=0.45×110/800=6.8
22
X9=4%/100×100/0.22=0.18
X 12=0.1075 X13=0.0625 X14=0 X 15=7.7×6.8/(7.7+6.8)+2.95=6.56
(b) (c)
X ∑= X12‖(X13+ X9)‖X15=0.09
I
*
=1/ X∑=11.1
短路电流有名值:
I '=I *
s
j
/
3u av =5.58KA
冲击电流:
i
ch
=2×1.8×5.58=14.2
最大电流有效值:
I
ch
=15.58×1. 51=8.43
短路容量:
s '=3×5.58×115=1111.4
K2点短路时:
X15=7.7×
(d) (e) (f)
`
X17= X15‖(X9+ X13)=0.72 X ∑= X12+ X17=0.83
I
*
=1/ X∑=1/0.83=1.2
短路电流有名值:
I '=I *
s
j
/
u av =1.85KA
冲击电流:
i
ch
=2×1.8×
最大电流有效值: (g )
I
ch
=1.85×1. 51=2.8
短路容量:
s '=3
×1.85×K3点短路时:
X18=X14 +X15=6.56 X19= X12‖
X ∑= (X19+ X13) ‖X9=0.145
I
*
=1/ X∑=1/0.145=6.9
短路电流有名值:
I '=I *
s
j
/
u av =38KA
冲击电流:
i
ch
=2×1.8×38=96.7
最大电流有效值:
I
ch
=38×1. 51=57.4
短路容量:
s '=3×38×10.5=691
K4点短路时: (j) X18=X14 +X15=6.56 X19= X12‖X18=0.10
(k)
(l)
X ∑= (X19+ X13) ‖X9=0.145
I
*
=1/ X∑=1/0.145=6.9
短路电流有名值:
I '=I *
s
j
/
3u av =1000KA
冲击电流:
i
ch
=2×1.8×1000=2545
最大电流有效值:
I
ch
=1000×1. 51=1510
短路容量:
s '=3×1000×0.4=692.8
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附录Ⅱ 主接线图
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10k V
参 考 文 献
[1] 发电厂电气部分课程设计参考资料,天津大学黄纯华主编,水利电力出版社
[2] 电力工程电气设计手册,西北电力设计院电力出版社1955年 [3] 发电厂电气部分,熊信银主编,中国电力出版社,2010年 [4] 戈东方 电力工程电气设计手册 水利电力出版社 [5] 毛力夫 发电厂变电站电气设备 中国电力出版社 [6] 范锡普 发电厂电气部分 中国电力出版社 [7] 谢承鑫、王力昌 工厂电气设备手册 水利电力出版社
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