变电站电气毕业设计

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1、第一章 电气主接线的设计6 1.1 原始资料分析6 1.2 主结线的设计6 1.3 主变压器的选择11 1.4 变电站运行方式的确定12 第二章 短路电流计算13 第三章 电气设备的选择14 3.1 断路器的选择14 3.2 隔离开关的选择15 3.3 电流互感器的选择16 3.4 电压互感器的选择16 3.5 熔断器的选择17 3.6 无功补偿装置18 3.7 避雷器的选择18 第四章 导体绝缘子套管电缆20 4.1 母线导体选择20 4.2 电缆选择21 4.3 绝缘子选择21 4.4 出线导体选择22 第五章 配电装置23 第六章 继电保护装置25 6.1 变压器保护25 6.2 母线保

2、护26 6.3 线路保护27 6.4 自动装置27 第七章 站用电系统29 第八章 结束语31 变电站设计说明书4 第一章 电气主接线的设计 一、 原始资料分析 本设计的变电站为降压变电站,有三个电压等级：高压侧电压为 110kv,有二 回线路；中压侧电压为 35kv,有六回出线；其中有四回出线是双回路供电。低压 侧电压为 10kv,有八回出线,其中有六回是双回路供电。从以上资料可知本变电站 为配电变电站。 二、 主接线的设计 配电变电站多为终端或分支变电站,降压供给附近用户或一个企业,其接线 应尽可能采用断路器数目较少的接线,以节省投资和减少占地面积。随着出线数 的不同,可采用桥形、单母分段

3、等。低压侧采用单母线和单母线分段。可按一下 几个原则来选： 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

4、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。 1110KV 侧 根据原始资料,待设变电站 110kv 侧有两回线路。按照发电厂电气部分课 程设计参考资料规定：在 110220kv 配电装置中,当出线为2 回时,一般采用 桥

5、形接线；当出线不超过4 回时,一般采用分段单母线接线。待设变电所可考虑 以下几个方案,并进行经济和技术比较。 方案 1：采用单母线分段带旁路接线 其优缺点：对重要用户可采用从不同母线分段引出双回线供电电源。 当母线发生故障或检修时,仅断开该段电源和变压器,非故障段仍 变电站设计说明书 5 可继续工作,但需限制一部分用户的供电。 单母线分段任一回路断路器检修时,该回路必须停止工作。 单母线分段便于过渡为双母线接线。 采用的开关、刀闸较多,某一开关检修时,对有穿越电流的环网线 路有影响。 6开关检修时,可用旁路代路运行,无需停电。 7易于扩建,利于以后规划。 方案2：采用桥接线 其优缺点：两台断路

6、器 1DL 和 2DL 接在电源出线上,线路的切除和投入 是比较方便。 当线路发生故障时,仅故障线路的断路器断开,其它回路仍可 继续工作。 当变压器故障时,如变压器 1B 故障,与变压器 1B 连接的两 台断路器 1DL 和 3DL 都将断开,当切除和投入变压器时,操 作也比较复杂。 较容易影响有穿越功率的环网系统,桥接线适用于故障较多 的长线路,且变压器不需要经常切换运行方式的变电所。 方案3：采用外桥接线 其优缺点：当变压器发生故障或运行中需要切除时,只断开本回路的断路器即可。 当线路故障时,例如引出线 1X 故障,断路器 1DL 和 3DL 都 将断开,因而变压器 1B 也被切除。 外桥

7、接线适用于线路较短、变压器按经济运行需要经常切换且有穿越性功率经过的变电所。 以上三个方案所需110KV 断路器和隔离开关数量： 方案比较 单母线分段接线 桥式接线 外桥式接线 断路器台数 5 3 3 隔离开关组数 16 8 6 经以上三种方案的分析比较： 方案 1 虽然所用设备多,不经济,单母线分段带旁路接线但当任一回路的断 路器检修时,该电站无需停电,对有重要负荷的地方有重要意义。 方案2 桥式接线虽然所用设备少、节省投资,但以后扩建最终发展为单母 线分段或双母线接线方式,且继电保护装置整定有点复杂。 方案3 外桥式接线虽然具有使用设备最少,且装置简单清晰和建造费用低等 优点。但变压器随经

8、济运行的要求需经常切换,当电网有穿越功率流经本站时比 较适宜。 由于110kv 只有2 条进线,出于经济考虑,综合以上各个方案优缺点,决定 采用单母分段带旁路接线方式. 210KV侧 分析：6-10KV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时,一般采用单母线分段接线 220KV 及以下的变电所,供应当地负荷的 6-10KV 配电装置,由于采用了制 造厂制造的成套开关柜,地区电网成环的运行检修水平迅速提高,采用单母分段 接线一般均能满足运行需求。出线回路数增多时,单母线供电不够可靠 335KV 侧6 回出线 35kv 送出六回线路,可采用单母线接线或单母线分段接线方式。但单母线接 线方式只适用于

9、6220kv 系统中只有一台发电机或一台主变压器的发电厂或变电所。一般主变不少于2 台,故选用单母分段带旁路接线方式。 主接线 由以上分析比较,可得变电站的主接线方案为：110KV 采用单母分段 带旁路接线方式,10KV 采用单母分段接线,35KV 采用单母分段带旁路接线方 式。 三种方案粗略的经济性比较： 由于设备选型未定,只能选定某一典型的设备的参考价格进行计算,同时忽略一 些投资比较小的,还有投资相对固定的,诸如基建,直流系统,控制系统及其他 设备。 第一种方案：110kV单母分段带旁路,35kV单母分段带旁路,10kV 单母分段 110kV 项目 单位 数量 设备费 安装费 SF6断路

10、器 台 5.00 256000 9057.48 110kV隔离开关 组 16.00 24000 4410.53 110kV电流互感器 台 5.00 22000 1013.32 110kV避雷器 组 4.00 66000 2656.6 110kV软母线 跨 3.00 2374.14 10kV 进线断路柜 台 2.00 119300 3711.72 母联隔离柜 台 2.00 69900 3711.72 母线设备柜 台 2.00 28500 1782.64 馈线柜 台 8.00 53000 3711.72 电容保护柜 台 2.00 51000 3711.72 站用变保护柜 台 2.00 51000

11、3711.72 站用变柜 台 2.00 17000 1782.64 封闭母线桥 三相米 10.00 5000.00 394.08 穿墙套管 个 6.00 2000.00 236.59 35kV SF6断路器35kV 台 9.00 150000 9057.48 隔离开关35kV 组 20.00 31500 1058.17 电流互感器35kV 台 9.00 38000 706.31 电压互感器35kV 台 3.00 6000 749.51 第二种方案：110kV桥接法,35kV单母分段,10kV单母分段 110kV 项目 单位 数量 设备费 安装费 SF6断路器 台 3.00 256000 905

12、7.48 110kV隔离开关 组 8.00 24000 4410.53 110kV电流互感器 台 3.00 22000 1013.32 110kV避雷器 组 4.00 66000 2656.6 35kV SF6断路器35kV 台 9.0 150000 9057.48 隔离开关35kV 组 18.0 31500 1058.17 电流互感器35kV 台 9.00 38000 706.31 电压互感器35kV 台 3.00 6000 749.51 10kV 方案同第一种方案 第三种方案：110kV外桥接法,35kV单母分段,10kV单母分段 110kV 项目 单位 数量 设备费 安装费 SF6断路器

13、 台 3.00 256000 9057.48 110kV隔离开关 组 6.00 24000 4410.53 110kV电流互感器 台 3.00 22000 1013.32 110kV避雷器 组 4.00 66000 2656.6 35kV 设备同第二种方案 10kV 方案同第一种方案 主变的费用为2*26000005200000 第一种方案算得其投资为：5200000+2176671.3+2451286.04+1231278.42 11059235.76 元 第二种方案算得其投资为：5200000+1366123.04+2386169.7+1231278.42 10183571.16 元 第三

14、种方案算得其投资为：5200000+1309301.98+2386169.7+1231278.42 10126750.54 元 可知总投资方面三种方案相差不是很大,出于可靠性及以后的扩建的可能性,采用第一种方案 三、 变电站主变压器的选择 负荷计算 在最大负荷水平下的流过主变的负荷： 20 S35 = = 23.53MVA Q = S 2 - P 2 = 12.40MVar 0.85 35 35 35 12 S10 = = 14.12MVA Q = S 2 - P 2 = 7.44MVar 0.85 10 10 10 0.05 S0.4 = = 0.0625MVA Q = S 2 - P 2

15、= 0.0375MVar 0.8 0.4 0.4 0.4 P = P + P + P = 32.05MW 110 35 10 0.4 Q110 = Q35 + Q10 + Q0.4 = 19.8775MVar 2 2 S = P + Q = 37.71MVA 110 110 110 在最小负荷水平下的流过主变的负荷： 1.5 S35 = = 1.76MVA Q = S 2 - P 2 = 0.92MVar 0.85 35 35 35 8 S10 = = 9.41MVA Q = S 2 - P 2 = 4.96MVar 0.85 10 10 10 P = P + P + P = 9.5MW 11

16、0 35 10 0.4 Q110 = Q35 + Q10 + Q0.4 = 5.88MVar 2 2 S = P + Q = 11.17MVA 110 110 110 2、容量选择 按变电所所建成 510 年的规划选择并适当考虑远期 1020 年的发展,对 城郊变与城郊规划结合。 根据变电所负荷性质和电网结构来确定,对有重要的负荷的变电所应考虑一 台主变停运时,其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间能保证用户1 2级负荷。对于一般性变电所,当一台主变停运后嗣,期于主变应保证全部负荷 的70%80%。 Se Smax Smax=*37.72=26.4030.18MVA 同级电压的单台降压变压器

17、容量级别不宜太多,应从全网出发,推行标准化 系统化。 3、台数确定 对大城市郊区的依次变电所在中低压构成环网的情况下装两台。 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所应考虑装三台的可能。 对规划只装两台主变的变电所其主变基础按大于主变容量的 12 级设计以 便主变发展时更换。 根据以上准则和现有的条件确定选用2台主变为宜。 选择的条件2SeS n=2 js 根据容量计算,选择两台 SFSZL-31500/110 变压器选择结果及参数 型号 容量 连接组别 P U 0 e kva kw SFSL-31500/110 31500 Yn/Yn/D11 38.4 高 中 低 110 8 1.5%

18、38.5 10.5, 2 2.5% 四、 变电站运行方式的确定 该站正常运行方式： 110kV、35kV、10kV 母线分段开关在下面选择设备都以该方式下出现的 最大短路电流来选择在合闸位置,#1、#2 主变变高、变中中性点只投#1 主变, #2 主变变高中性点在断开位置。第二章 短路电流的计算 根据变电所电气主接线做出等值电路,采用标么值计算,取 Sb=1000MVA, Vb=Vav,I =Sb/ 3 V 。 b b 为了选择各级电压的设备,选取两短路点 d 、d 进行短路计算,计算过程见 1 2 计算书,结果如下表： 短 Vn 运行 暂态短路电 冲击电流 全电流有效 短路容量 路 方式 流

19、I ich 值Ich Sd 点 D1 110kV 最大 7.17 18.28 10.90 1429 D2 35kV 最大 2.5 6.38 3.8 160 D3 10kV 最大 23.64 60.28 35.93 422第三章 电器设备选择 正确地选择电器是使电器主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。 在进行电器选择时,应根据工程实际情况,在保证安全、可靠的前提下,积极而 稳妥地采用新技术,并注意节省投资,选择合适的电器。 尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样,具体选择方法也不完全 相同,但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠地工作,必须按正常工作 条件进行选择,并按短路

20、状态来校验热稳定和动稳定。 电器主要选择项目汇总表 设 一般选择项目 特殊选择项目 备 额定电压 额定电流 热稳定 动稳定 名 称 断 2 UN UNS I N I max I t t Qk ies ich I Nbr I ,iNcl ich 路 器 隔 离 开 关 电 LC 流 S ZN 2 - 互 感 瓷套式Fal Fc 器 高 UN UNS I Nft I Nfs KI max I Nbr I sh ;有限流电阻者 压 熔 I Nbr I ；选择性 断 器 电 1.2UN 1 UNs SN 2 S 压 0.8U 计费电能表 互 N 1 ?U% 0.5% 感 器 一般仪表 ?U 1% 3%

21、 以下各节列出了各种电器设备选择结果,其计算过程详见计算书。 一、 断路器选择： 变电站设计说明书 13据能源部导体和电器选择设计技术规程,对主电路所有电气设备进行选 择和校验,各级电压的断路器的选择成果见表 I UN I max ich Qk 计算数据 I 设备参数 Nbr 2 UNs I N iNcl I t t 安装 台数 地点 型号 A 2 S LW-/T4 110 173.6 7.17 18.28 63.75 变压器110KV 5 000-40 4000 40 100 6400 侧,母联及出线 LW8-35 35 545.6 2.5 6.38 7.88 350KV 主变 35 160

22、0 25 63 2500 回路,母联 9 及出线 ZN98 10 103.8 23.64 60.28 706.94 10KV 8 12 1250 31.5 80 3969 出线回路 ZN63 10 1909.59 23.64 60.28 706.94 10KV 主 12 4000 40 100 6400 变 回 路 及 3 母联 二、 隔离开关的选择 选择隔离开关的方法和要求与选择断路器相同,为了使所选择的隔离开关符 合要求,又使计算方便,各断路器两侧的隔离开关,原则上按断路器计算数据进 行选择。 隔离开关选择表： 计算数据 UN I max ich Qk 设备参数 2 安装 UNs I N

23、iNcl I t t 台数 型号 地点 A 2 S GW4-110/1 110 173.6 18.28 63.75 变压器110KV侧 16 000 110 1000 80 2246.76 及母联两侧 GW4-35/10 35 545.60 6.38 7.88 35KV主变回路 28 00 35 1000 80 2246.76 及母联两侧 KYN27-12/ 10 1909.598 60.28 706.94 10KV 主变、分 11 12 4000 100 6400 段开关及馈线 变电站设计说明书 14三、电流互感器的选择： 电流互感器的配置原则： 1、为了满足测量和保护装置的需要,在发电机、

24、变压器、出线、母线分段及母联断 路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统,一般 按三相配置；对于中性点非直接接地系统,依照具体情况如符合是否对称、保 护灵敏度是否满足等按二相或三相配置。 2、对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。 例如：若有两组电流互感器,且位置允许时,应设在断路器两侧,使断路器处于 交叉保护围之中。 3、为了防止支持式电流互感器套管闪络造成母线故障,电流互感器通常布置在断路 器的出线或变压器侧。 4、为了减轻部故障时发电机的损伤,用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置 在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并

25、入系统前发现部故 障,用于测量仪表的电流互感器已装在发电机中性点测。 根据以上配置原则和电流互感器选择条件和校验标准选出电流互感器如下： 安装地点 型 号 额定电流比 1S热稳定倍数Kt 动稳定倍数Kdw 主变 LCWDL-110 2*600/5 75 135 110KV 侧 主变 LCWDL-35 2*300/5 75 135 35KV 侧 主变 LAJ-10 3000/5 50 90 10KV 侧 10KV 馈线 LAJ-10 3000/5 50 90 四、电压互感器的选择： 各电压互感器除供给测量仪表和继电保护外,另有辅助绕组,供给保护及绝 缘监察装置用。 电压互感器的配置原则如下： 变

26、电站设计说明书 151、母线 除旁路母线外,一般工作及备用母线都装有一组电压互感器,用于 同步、测量仪表和保护装置。 2、线路 35KV 级以上输电线路,当对端有电源时,为了监视线路有无电压、 进行同步和设置重合闸,装有一台单相电压互感器。 3、发电机 一般装23 组电压互感器。一组三只单相、双绕组供自动调 节励磁装置。另一组供测量仪表、同步和保护装置使用,该互感器采用三相五柱式 或三只单相接地专用互感器,其开口三角形供发电机在未并列之前检查是否接地 之用。当互感器负荷太大时,可增设一组不完全星形连接的互感器,专供测量仪表 使用。5 万KW 级以上发电机中性点常接有单相电压互感器,用于 100

27、%定子接地 保护。 4、变压器 变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护的要求,设有一组电 压互感器。 根据以上配置原则和电压互感器选择和校验条件选出电压互感器如下： 最 大 容 安 装 地 点 型 号 数 量 额 定 变 比 量 TYD110/ 3kV 110000 100 110KV 母线 6 / / 100 1200 3 3 0.005H 35000 100 35KV 母线 JDJJ-35 6 / / 100 1200 3 3 10KV 母线 JSJW-10 2 10000/100/100/3 960 五、 熔断器选择： 由于 110KV 和 35KV 侧电压互感器的电压等级很高,不宜装设

28、熔断器,下 面对 10KV 侧熔断器进行选择。由于PT 一次绕组电流很小,故熔断器只需按额 定电压和开断电流进行选择。即： U U = 10KV N Ns I I = 50.527KA N ch 变电站设计说明书 16选择结果如下表： 额定电压 额定电流 最大开断电 断流容量 安 装 地 点 型 号 流 KV A KA MVA 10KV 电压互 RN2 85 1000 10 0.5 感器 10/0.5 六、 无功补偿装置 由于负荷的变化明显,波动性大,对线路末端的用户极为不利,特别在负荷高 峰期电压太低,在低谷期电压有明显偏高,使电压质量下降,站的调压装置有有 载调压装置,但单纯地依靠有载调压

29、进行调压效果也不是很理想,尤其在出线无功 缺额,功率因数较低的情况下。再者频繁调节有载调压对该装置的寿命影响很大。 考虑到上述因素,在 10kV 母线处加装几组电容进行无功补偿。根据电容容量的选 择原则： QC 2030ST 6.3MVar9.45MVar 功率因数偏低时用30 选用型号为BWF 12/ 3 - 334 - 1W 的电容器 额定电压：12/ 3 额定容量：334 Qc 9450 组数：s = = 28.3 考虑站端功率因数为0.85 取28 Qn 334 组别接法：采用星型接法,每段母线各带 14 组电容器 七、 避雷器选择： 根据避雷器配置原则,配电装置的每组母线上,一般应装

30、设避雷器；变压器中 心点接地必须装设避雷器,并应接在变压器与断路器之间；110、35KV 线路侧一般 不装设避雷器。 本工程采用 110KV、35KV 配电装置构架上设避雷针；10KV 配电装置设独立避 雷针进行直接雷保护。 为了防止反击,主变构架上不设置避雷针。 采用避雷器来防止雷电侵入波对电器设备绝缘造成危害。避雷器的选择,考虑 变电站设计说明书 17到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器磁吹避雷器,且没有串联 间隙,保护特性好,没有工频续流、灭弧等问题,所以本工程110KV 和 35KV 系统 中,采用氧化锌避雷器。 由于金属氧化物避雷器没有串联间隙,正常工频相电压要长期施加在

31、金属氧化物电阻片上,为了保证使用寿命,长期施加于避雷器上的运行电压不可超过避雷器 允许的持续运行电压。避雷器选择情况见下表： 工频放电电压 冲击放 额定电 灭弧电 KV 电电压 型 号 安装地点 压 KV 压KV KV 不小于 不大于 不大于 FCZ-110 110KV 侧 110 255 290 365 FZ-35 35KV 侧 35 41 84 104 148 变压器 110KV FZ-110J 110 100 224 268 364 中性点 变压器 35KV FZ-40 40 50 98 121 154 中性点 FZ-10 10KV 母线 10 12.7 26 31 45 FS-10 10KV 出线 10 12.7 26 31 45 变电站设计说明书 18第四章 导体、电缆、绝缘子和套管的选择