110kV变电站电气一次部分课程设计

实用文档课程设计任务书设计题目：110kV变电站电气一次部分设计前言变电站(Substation）改变电压的场所。是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压。在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点。主要作用是进行高底压的变换，一些变电站是将发电站发出的电升压，这样一方面便于远距离输电，第二是为了降低输电时电线上的损耗；还有一些变电站是将高压电降压，经过降压后的电才可接入用户。对于不同的情况，升压和降压的幅度是不同的，所以变电站是很多的，比入说远距离输电时，电压为11千伏，甚至更高，近距离时为1000伏吧，这个电压经实用文档变压器后，变为220伏的生活用电，或变为380伏的工业用电。随着我国电力工业化的持续迅速发展，对变电站的建设将会提出更高的要求。本文通过对110KV变电站一次系统的设计，其中针对主接线形式选择，母线截面的选择，电缆线路的选择，主变压器型号和台数的确定，保护装置及保护设备的选择方法进行了详细的介绍。其中，电气设备的选择包括断路器、隔离开关、互感器的选择和方法与计算，保护装置包括避雷器和避雷针的选择。其中分析短路电流的计算方法和原因，是为了保证供电的可靠性。目录第1章原始资料及其分析···············41原始资料···················42原始资料分析··················6第2章负荷分析··················6第3章变压器的选择················8第4章电气主接线·················11第5章短路电流的计算················141短路电流计算的目的和条件·············142短路电流的计算步骤和计算结果············15第6章配电装置及电气设备的配置与选择·········181导体和电气设备选择的一般条件············182设备的选择··················19结束语······················25实用文档致谢·······················26参考文献·····················27附录一：一次接线图第一章原始资料及其分析1.原始资料待建变电站是该地区农网改造的重要部分，预计使用3台变压器，初期一次性投产两台变压器，预留一台变压器的发展空间。1.1电压等级变电站的电压等级分别为110kV,35kV,10kV。110kV：2回35kV：5回（其中一回备用）10kV：12回（其中四回备用）1.2变电站位置示意图：实用文档待建变电站ABC图1变电站位置示意图1.3待建变电站负荷数据（表1）表1待建成变电站各电压等级负荷数据电压等级用户名称最大负荷（MW）回路数供电方式距离（km）负荷性质35kV铝厂151架空39Ⅰ钢厂101架空25ⅠA变电站151架空35ⅢB变电站201架空40Ⅲ电压等级用户名称最大负荷（MW）回路数供电方式距离（km）负荷性质10kV陶瓷厂0.561电缆4Ⅱ电机厂0.51电缆5Ⅲ化肥厂0.632电缆4Ⅱ仪表厂0.421电缆3Ⅲ木材厂0.81架空14Ⅲ配电变压器A0.781架空15Ⅰ配电变压器B0.91架空16Ⅲ其它0.72电缆4Ⅲ备用2实用文档注：（1）35kV,10kV负荷功率因数均取cos¢=0.85（2）负荷同期率：kt=0.9（3）年最大负荷利用小时数均为Tmax=3500小时/年(4）网损率为k=5%（5）站用负荷为50kWcos¢=0.87（6）35kV侧预计新增远期负荷20MW，10kV侧预计新增远期符合6MW1.4地形地质站址选择在地势平坦地区，四周皆为农田，地质构造洁为稳定区，站址标高在50年一遇的洪水位以上，地震烈度为6度以下。1.5水文气象年最低气温为-2度，最高气温为40度，月最高平均气温为37度，年平均气温为22度。1.6环境站区附近无污染源2.原始资料分析要设计的变电站由原始资料可知有110kV，35kV，10kV三个电压等级。由于该变电站是在农网改造的大环境下设计的，所以一定要考虑到农村的实际情况。农忙期和农限期需电量差距较大，而且考虑到城镇地区的经济发展速度很快，所以变压器的选择考虑大容量的，尽量满足未来几年的发展需要。为了彻底解决农网落后的情况，待建变电站的设计尽可能的超前，采用目前的高新技术和设备。待建变电站选择在地势平坦区为以后的扩建提供了方便。初期投入两台变压器，当一台故障或检修时，另一台主变压器的容量应能满足该站总负荷的60%，并且在规定时间内应满足一、二级负荷的需要。第二章负荷分析实用文档1.负荷分析的目的负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法，计算负荷确定得是否正确无误，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。对供电的可靠性非常重要。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确负荷计算的重要性。负荷计算不仅要考虑近期投入的负荷，更要考虑未来几年发展的远期负荷，如果只考虑近期负荷来选择各种电气设备和导线电缆，那随着经济的发展，负荷不断增加，不久我们选择的设备和线路就不能满足要求了。所以负荷计算是一个全面地分析计算过程，只有负荷分析正确无误，我们的变电站设计才有成功的希望。2.待建变电站负荷计算2.135kV侧近期负荷：P近35=15+10+15+20=60MW远期负荷：P远35=20MWniPi1=60+20=80MWP35＝niPi1kt(1+k)=80*0.9*（1+0.05）=75.6MWQ35＝P×tgφ＝P×tg(cos－10.85)=46.853MVar视在功率Sg35＝cosP=85.06.75=88.941MVAIN35=NUS3=353941.88=1.467kA2.210kV侧近期负荷：P近10=0.56+0.5+0.63+0.42+0.8+0.78+0.9+0.7=5.29MW远期负荷：P远10=6MWniPi1=5.29+6=11.29MWP10＝niPi1kt(1+k)=11.29×0.9×（1+0.05）=10.669MWQ10＝P×tgφ＝P×tg(cos－10.85)=6.612MVar视在功率Sg10＝cosP=85.0669.10=12.552MVAIN10=NUS3=103552.12=0.725kA实用文档2.3站用电容量Sg所＝cosP＝87.005.0＝0.057MVA2.4待建变电站供电总容量S∑=Sg35+Sg10+Sg所=88.941+12.552+0.057＝101.55(MVA)P∑=P35+P10+P所=75.6+10.669+0.05＝86.319(MW)第三章变压器的选择主变压器是变电站中的主要设备,合理地选择主变压器台数,不仅可以减少停电、限电几率,提高电网运行的经济性、灵活性和可靠性,而且可以提高电能质量。主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的选择依据除了依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，与系统联系的紧密程度。另外主变选择的好坏对供电可靠性和以后的扩建都有很大影响。总之主变的选择关系到待建变电站设计的成功与否，所以对主变的选择我们一定要全方面考虑。既要满足近期负荷的要求也要考虑到远期。1.变电所主变压器的选择有以下几点原则：1)在变电所中，一般装设两台主变压器；终端或分支变电所，如只有一个电源进线，可只装设一台主变压器；对于330kV、550kV变电所，经技术经济为合理时，可装设3~4台主变压器。2)对于330kV及以下的变电所，在设备运输不受条件限制时，均采用三相变压器。500kV变电所，应经技术经济论证后，确定是采用三相变压器，还是单相变压器组，以及是否设立备用的单相变压器。实用文档3)装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的60%以上，并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。4)具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需装设无功补偿设备时，主变压器一般先用三绕组变压器。5)与两种110kV及以上中性点直接接地系统连接的变压器，一般优先选用自耦变压器，当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率的潮流情况，校验公共绕组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。6)500kV变电所可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。主变压器的阻抗电压(即短路电压)，应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。7)对于深入负荷中心的变电所，为简化电压等级和避免重复容量，可采用双绕组变压器。2.主变台数的确定由原始资料可知，待建变电站是在农网改造的大环境下建设的。负荷大，出线多，且农用电受季节影响大，所以考虑初期用两台大容量主变。两台主变压器，可保证供电的可靠性，避免一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。随着未来经济的发展，可再投入一台变压器。3.主变压器容量的确定主变压器容量一般按变电所建成后5~10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10~20年的负荷发展，对于城市郊区变电所，主变压器应与城市规划相结合。此待建变电站坐落在郊区，10kV主要给村办企业供电，35kV主要给其他乡镇及几个大企业供电。考虑到郊区及其乡镇的发展速度非常快，所以我们选择大容量变压器以满足未来的经济发展要求。确定变压器容量:（1）变电所的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的60%，即/BS=S∑×60%=101.55×60%＝60.93(MVA)（2）单台变压器运行要满足一级和二级负荷的供电需要一，二级负荷为15+10+0.56+0.63+0.78=26.97MVA所以变压器的容量最少应为60.93MVA4.变压器类型的确定4.1相数的选择变压器的相数形式有单相和三相，主变压器是采用三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。一台三相变压器比三台单相变压器组成的变压器组，其经济性要好得多。规程上规定，当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂用变电站，均选用三相变压器。同时，因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，而不作考虑。因此待建变电站采用三相变压器。4.2绕组形式实用文档绕组的形式主要有双绕组和三绕组。规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比两台双绕组变压器都较少。对深入引进负荷中心，具有直接从高压变为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。三绕组变压器通常应用在下列场合：(1)在发电厂内，除发电机电压外，有两种升高电压与系统连接或向用户供电。(2)在具有三种电压等级的降压变电站中，需要由高压向中压和低压供电，或高压和重压向低压供电。(3)在枢纽变电站中，两种不同的电压等级的系统需要相互连接。(4)在星形-星形接线的变压器中，需要一个三角形连接的第三绕组。本待建变电站具有110kV，35kV，10kV三个电压等级，所以拟采用三绕组变压器。4.3普通型和自耦型的选择自耦变压器是一种多绕组变压器，其特点就是其中两个绕组除有电磁联系外，在电路上也有联系。因此，当自耦变压器用来联系两种电压的网络时，一部分传输功率可以利用电磁联系，另一部分可利用电的联系，电磁传输功率的大小决定变压器的尺寸、重量、铁芯截面积和损耗，所以与同容量、同电压等级的普通变压器比较，自耦变压器的经济效益非常显著。但容量越大，电压等级越高，这些优点才越明显。因此，综合考虑选用普通变压器。4.4中性点的接地方式电网的中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。本变电站所选用的主变为自耦型三绕组变压器。规程上规定：凡是110kV-500kV侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器6-63kV采用中性点不接地。所以主变压器的110kV侧中性点采用直接接地方式，35kV，10kV侧中性点采