110kV降压变电所电气一次部分的设计

1摘要本毕业设计通过对110KV变电站一次部分的设计，完成了对负荷的分析、主变压器的选择、无功补偿装置的选择、电气主接线的选择、各电压等级负荷的计算、最大持续工作电流及短路电流的计算、变压器、高压断路器、隔离开关、母线、绝缘子和穿墙套管、电流互感器、电压互感器、接地刀闸、避雷器的配置、选择、校验工作。关键词：电气一次部分设计计算短路电流变电站2110kV降压变电所电气一次部分的设计第一章：设计概况一．设计题目110kV降压变电所电气一次部分的设计二．所址概况1．所址地理位置及地理条件变电所位于某中型城市边缘，所区西为城区，南为工业区，所址地势平坦，交通便利，进出线方便，空气污染轻微，不考虑对变电所的影响。2．所区平均海拔200米，最高气温40℃，最低气温-18℃，年平均气温14℃，最热月平均最高气温30℃，土壤温度25℃。三．系统情况如下图：四．负荷情况：3电压负荷名称每回最大负荷（kW）功率因数回路数供电方式线路长度（km）35kV市镇变160000．91架空15市镇变270000．921架空8煤矿变45000．852架空10化肥厂43000．882架空7砖厂50000．851架空1110kV镇区变10000．93架空5机械厂8000．892电缆2纺织厂17000．891电缆3纺织厂28000．882架空7农药厂6000．881架空4面粉厂7000．91架空5耐火材料厂8000．92架空2五．设计任务1．负荷分析及主变压器的选择。2．电气主接线的设计。3．变压器的运行方式以及中性点的接地方式。4．无功补偿装置的形式及容量确定。5．短路电流计算（包括三相、两相、单相短路）46．各级电压配电装置设计。7．各种电气设备选择。8．继电保护规划。9．主变压器的继电保护整定计算。六．设计目的总体目标：培养学生综合运用所学各科知识,独立分析和解决实际工程问题的能力。5第二章：负荷分析及主变选择一．负荷分析：１．负荷分类及定义1）一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设备损坏，切难以修复，带来极大的政治、经济损失者，属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。2）二级负荷：中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。3）三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。2.本设计中的负荷分析市镇变1、2：市镇变担负着对所辖区域的电力供应，若中断供电将会带来大面积停电，所以应属于一级负荷。煤矿变：煤矿变负责向煤矿供电，煤矿大部分是井下作业，例如：煤矿工人从矿井中的进出等等，若煤矿变一但停电就可能造成人身伤亡，所以应属一级负荷。化肥厂：化肥厂的生产过程伴随着许多化学反应过程，以大电力供应中止了，就会造成产品报废，造成极大的经济损失，所以应属于一级负荷。砖厂：砖厂的生产过程与电的联系不是非常紧密，若终止电力供应，只会造成局部破坏，生产流程混乱，所以应属三级负荷。镇区变：镇区变担负着对所辖区域的电力供应，若中止镇区变的电力供应，将会带来大面积停电，带来极大的政治、经济损失，所以应属于一级负荷。机械厂：机械厂的生产过程与电联系不是非常紧密，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。6纺织厂1、2：若中断纺织厂的电力供应，就会引起跳线，打结，从而使产品不合格，所以应属二级负荷。农药厂：农药厂的生产过程伴有化学反应，若停电就会造成产品报废，应属于一级负荷。面粉厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。耐火材料厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。二．35KV及10KV各側负荷性质分析及各级负荷的大小1．35KV侧：∑P1=6000+7000+4500×2+4300×2+5000=35600KW∑Q1=6000×0.48+7000×0.426+4500×0.62×2+4300×0.54×2+5000×0.62=19186Kvar10KV侧：∑P2=1000×3+800×2+700+800×2+600+700+800×2=9800KW∑Q2=1000×3×0.48+700×0.512+800×0.512×2+800×0.54×2+600×0.54+700×0.48＋800×0.48×2=4909.6KVar∑P=∑P1+∑P2=35600KW+9800KW=45400KW∑P2+∑Q2∑Q=∑Q1+∑Q2=19186+4909.6=24095.6KVar所以：∑S=2145400…………=51398.0KVA考虑线损、同时系数时的容量：∑S2＝51398.0×0.8×1.05=43174.3KVA三．主变压器的选择71．主变台数的确定1).对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。2．主变容量的确定1）.主变压器容量一般按变电所建成后5—10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10—20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。2）.根据变电所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所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在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；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%—80%。此变电所是一般性变电所，有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：S=∑S2×0.8=43174.3×0.8=34539.48KVA所以应选容量为40000KVA的主变压器。3．主变相数选择1）.主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。2）.当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。4．主变绕组数量1）.在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：8高压侧：k1=(35600+9800)×0.8÷40000=0.90.15中压侧：k2=35600×0.8÷40000=0.70.15低压侧:k3=9800×0.8÷40000=0.20.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。5.主变绕组连接方式变压器的连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有y和△,高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kv亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。35kv及以下电压，变压器绕组都采用△连接。有以上知，此变电站110kv侧采用Y0接线35KV侧采用Y接线10KV侧采用△接线6.主变的调压方式《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第三节中规定：调压方式变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换，称为有载调压，调压范围可达到±30%。对于110KV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。由以上知，此变电所的主变应采用有载调压方式。7.变压器冷却方式选择参考《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第四节主变一般的冷却方式有：自然风冷却；强迫有循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却9方式，故此变电所中的主变采用强迫油循环风冷却方式。10第三章无功补偿装置的选择一．功补偿装置的意义无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。二．无功补偿装置类型的选择（参考资料：教材——《电力系统》第五章第四节；《电力工程电器设计手册》电器一次部分第九章）1．无功补偿装置的类型无功补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置。目前常用的补偿装置有：静止补偿器、同步调相机、并联电容器2．常用的三种补偿装置的比较及选择这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。同步调相机：同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大。小容量的调相机每千伏安容量的投入费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。静止补偿器：静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗11器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。静止补偿器是一种技术先进、调节性能、使用方便、经济性能良好的动态无功功率补偿装置。静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且调节不能连续的缺点。与同步调相机比较，静止补偿器运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统得到越来越广泛的应用。（但此设备造价太高，不在本设计中不宜采用）。电力电容器：电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。电力电容器的装设容量可大可小耗。电容器每单位容量的投资，而且既可集中安装，又可分散装设来就地供应无功率，以降低网络的电能损费用较小且与总容量的大小无关，运行时功率损耗亦较小。此外，由于它没有旋转部件，维护也较方便。为了在运行中调节电容器的功率，也可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除。综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。三．无功补偿装置容量的确定现场经验一般按主变容量的10%--30%来确定无功补偿装置的容量。此设计中主变容量为40000KVA故并联电容器的容量为：4000KVA—12000KVA为宜，在此设计中取12000KVA。四．并联电容器装置的分组（参考资料：《电力工程电器设计手册》电器一次部分第九章第四节）1.分组原则1）.并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含12量等因素确定。2).对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与该设备相联接，并与该设备同时投切。对于110KV—220KV、主变代有载调压装置的变电所，应按有载调压分组，并按电压或功率的要求实行自动投切。3).终端变电所的并联电容器装备，主要是为了提高电压和补偿变压器的无功损耗。此时，各组应能随电压波动实行自动投切。投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过2.5%。1.分组方式1）.并联电容器的分组方式有等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。2).各种分组方式比较a.等差容量分组方式：由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联电容器装置可按不同投切方式得到多种容量组合。既可用比等容量分组方式少的分组数目，达到更多种容量组合的要求。从而节约了回路设备数。但会在改变容量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能是分组容量较小