110kV变电站电气一次部分初步设计毕业论文

1绪论电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分，所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电站是电厂或上级电站经过调整后的电能输送给下级负荷，是电能输送的核心部分，其运行情况和容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电站系统中某一环节发生故障，可能造成停电等事故，给生产和生活带来很大不利。因此，变电站设计在整个电力系统中对于供电十分重要。变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所，是联系发电厂和用户的中间环节。变电站有升压变电站和降压变电站两大类：升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂；降压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是110kV降压变电站，它通常有屋外配电装置、变压器室、低压配电室等组成。本次设计为110kV变电站电气一次部分初步设计，分为设计说明书、设计计算书、设计图纸等三部分。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本文是在电气工程系常教授的精心指导下完成的。常老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕业设计期间常老师在设计的选题和设计思路上给了我们很多的指导和帮助。常老师循循善诱的教学方法、热情待人的处事方式、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。在此，我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！本文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图、电气总平面布置图、防雷保护配置图、等相关设计图纸。由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。2第1章变电站总体分析1.1原始资料1.1.1建站目的为满足工业发展的需要，新建一座110kV变电站，以10kV向附近的平原机械厂、开拓水泥厂、电器设备厂等用户供电。1.1.2建站规模变电站类型：110kV变电工程；主变台数：两台变压器，一次建成；电压等级：110kV、10kV；进出线回数及负荷容量；线路回数：110kV2回（进）；10kV10回（出）；表1-1负荷分析序号用户Pmax(kW)cosφ1平原机械厂20000.902开拓水泥厂Ⅰ20000.853开拓水泥厂Ⅱ20000.904太行纺纱厂Ⅰ30000.855太行纺纱厂Ⅱ30000.856电器设备厂10000.807铸造厂20000.808宾馆10000.859市化肥厂Ⅰ15000.8510市化肥厂Ⅱ15000.80合计19000-----31.1.3环境条件全年最高气温+40℃，最低气温-6℃，最热月平均最高气温35℃;年最热月平均温度为25℃,当地海拔高度180米；最大风速30m/s,属于我国∨级标准气象区。1.1.4系统图及有关数据图1-1电力系统接线图最大运行方式：两台发电机组同时运行容量为28000MVA；最小运行方式：只有一台发电机组运行容量为22000MVA。1.2负荷分析一、平原机械厂负荷分析已知错误!未找到引用源。cos0.9则有11tan20000.48968.6(kvar)NNQP41120002222.2(KVA)cos0.9NNPS112222.2I128.3(A)33110NNNSU二、开拓水泥厂Ⅰ负荷分析已知错误!未找到引用源。cos0.8则有22tan20000.62123.9(kvar)NNQP2220002352.9(KVA)cos0.85NNPS222352.9I135.8(A)33110NNNSU三、太行纺纱厂Ⅰ负荷分析已知错误!未找到引用源。cos0.85则有33tan30000.621860(kvar)NNQP3320003529.4(KVA)cos0.85NNPS333529.4I203.8(A)33110NNNSU其余负荷分析情况同样如此。在此不再叙述，详细数据见下表。求总负荷，取同时系数0.9，则0.91900017100(KW)P1010.90.910706.19635.5(KVar)NQQ2219627.9(KVA)SPQ但考虑到未来5-10年发展59(19%)25259.6(KVA)SSS2NS19627.9I===1133.2(A)3U310表1-2电力负荷计算汇总序号厂名电力负荷计算结果P(KW)Q(Kvar)S(KVA)I(A)1平原机械厂0.92000968.62222.2128.32开拓水泥厂Ⅰ0.852000123.92352.9135.83开拓水泥厂Ⅱ0.902000968.6222.2128.34太行纺纱厂Ⅰ0.85300018603529.4203.85太行纺纱厂Ⅱ0.85300018603529.4203.86电器设备厂0.801000750125072.27铸造厂0.80200015002500144.48宾馆0.8010006201176.567.99市化肥厂Ⅰ0.8515009301764.7101.910市化肥厂Ⅱ0.80150011251875108.3小计1900010706.1//去同时系数0.9时171009635.519627.91133.26第2章电气主接线设计电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。2.1主接线的设计原则和要求主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，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，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。2.2.1电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。一、接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110kV～220kV配电装置7中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当110～220kV出线在4回及以上时，一般采用双母接线。在大容量变电站中，为了限制6～10kV出线上的短路电流，一般可采用下列措施：（1）变压器分列运行；（2）在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；（3）采用低压侧为分裂绕组的变压器。（4）出线上装设电抗器。二、断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。三、为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据：（1）最小负荷为最大负荷的60～70%，如主要是农业负荷时则宜取20～30%；（2）负荷同时率取0.85～0.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.95～1；（3）功率因数一般取0.8；（4）线损平均取5%。2.1.2设计主接线的基本要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。一、可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：（1）可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。（2）主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。（3）可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：（1）断路器检修时，能否不影响供电。8（2）线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数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。（3）变电站全部停运的可能性。二、灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。（1）调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。（2）检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。（3）扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。三、经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。（1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。（2）占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。（3）电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。2.2主接线的设计步骤电气主接线的具体设计步骤如下：一、分析原始资料（1）本工程情况，变电站类型，设计规划容量（近期、远景），主变台数及容量等。（2）电力系统情况，电力系统近期及远景发展规划（5～10年），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。（3）负荷情况，负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。9（4）环境条件，当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。（5）设备制造情况，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。二、拟定主接线方案根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。三、短路电流计