变电所设计毕业论文.doc

前言在这次设计的选题上我是根据自己现在所实习的岗位来确定的，题目是110kv降压变电站的部分设计，而且我认为这次选题也是很好的结合了我在学校所学的工厂供电这门课程，让实践和理论知识相结合。学习了工厂供电,为了更好的掌握这门功课，切实保证工厂生产的正常工作需要,我们进行了这次设计.要完成这次设计就必须了解工厂供电的基本知识.包括供电系统的一般原则,内容和程序.须要进行负荷计算,无功补偿以及继电保护。首先介绍工厂供电设计的基本知识,包括供电设计的内容和程序,供电设计依据的主要技术基础,供电设计常用的电气图形符号和文字符号.接着依次讲述负荷计算和无功补偿,变配电所主接线方案的设计,短路计算及一次设备选择,继电保护及二次回路的选择,变配电所的布置与结构设计,供配电线路的设计计算,防雷保护和接地装置的设计。本次设计最重要的设计原则和方法,我们认为,就是在设计中一定要遵循国家的最新标准和设计规范.因此设计中着力介绍与工厂供电设计有关的最新标准和设计规范的规定和要求.限于我们的水平,加之时间非常的紧促,因此设计书中可能有错漏和不妥之处,是很难避免的,请老师批评指正。毕业设计（论文）任务书题目 110kv降压变电站电气一次部分设计一、毕业设计（论文）内容本所位于某市区。向市区工业、生活等用户供电，属新建变电所。电压等级：110kv：近期2回，远景发展2回；10kv： 近期12回，远景发展2回。电力系统接线简图、负荷资料及所址条件见附件。二、毕业设计(论文)应达到的主要指标1、变电所总体分析；2、负荷分析计算与主变压器选择；3、电气主接线设计；4、短路电流计算及电气设备选择；5、配电装置及电气总平面布置设计。三、设计(论文)成品要求1毕业设计说明书（论文）1份；2图纸：1套（电气主接线）。附件：一. 题目：110kv降压变电站电气一次部分设计二. 原始资料(一) 建设性质及规模本所位于市区。向市区工业、生活等用户供电，属新建变电所。电压等级： 110/10kv线路回数： 110kv：近期2回，远景发展2回； 10kv：近期12回，远景发展2回。（二）电力系统接线简图 附注：1.图中，系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式；2.最小运行方式下：s1=1300mva，xs1=0.65；s2=170mva，xs2=0.75。 (三) 负荷资料（10kv负荷的同时率kt取0.85）列表如下页。（四）所址条件1地理位置示意图如上所示2地形、地质、水文、气象条件 所址地区海拔200米，地势平坦，非强地震地区。年最高气温+40c，年最低气温-20c，年平均温度+15c，最热月平均最高温+32c。最大覆冰厚度 b=10mm。最大风速25m/s,，属于我国第六标准气象区。线路从系统2（s2）110kv母线出发至变电所南墙止。全长10km。在距离系统2北墙0.25、5、8、9.98km处转角、四次进入变电所。全线为黄土层地带，地耐力2.4kg/cm，天然容重=2g/。内摩擦角，土壤电阻率100cm，地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。土壤热阻系数=120ccm/wm。土温20c。负荷资料表电压等级负荷名称最大负荷(mw)穿越功率(mw)负荷组成（%）自 然力 率tmax(h)线长(km)近期远景近期远景一级二级110kv市系线101810市甲线101810备用110备用21210kv棉纺厂122.520%40%0.7555003.5棉纺厂222.520%40%0.7555003.5印染厂12330%40%0.7850004.5印染厂22330%40%0.7850004.5毛纺厂22.520%40%0.7550002.5针织厂11.520%40%0.7545001.5柴油机厂13425%40%0.840003柴油机厂23425%40%0.840003橡胶厂11.530%40%0.7245003市区11.5220%40%0.825002市区21.5220%40%0.825002食品厂1.21.515%30%0.840001.5备用11.50.78备用21.50.78机修变：这个变电所主要对机修车间供电，车间负责工厂零部件的加工，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。厂前区变：主要是负责工作人员的日常办公照明，空调的制冷，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。空分变：这个环节在生产上非常重要，负责把所需的气体从空气中分离出来，如果突然失电，将会对整个生产停止，所以应属于二级负荷。合成变：和空分变一样也是生产环节上不可缺少的，它主要负责生产原料氨气的合成，所以应属于二级负荷。循环水变：主要对高压水泵提供电源，使冷却水循环，负责工厂生产设备的散热，如果失电设备将因温度过高无法运行或损坏，所以应属于二级负荷。包装变：主要是对包装车间供电，将生产出来的成品进行最后的包装，失电对生产不会产生影响，所以应属于二级负荷。复合肥变：这个变电所失电将直接不能进行生产，所以应属于二级负荷。所用变：主要提供总变电所的日常用电，这个电是很重要的，如果失电，监控器，微机系统将停电。工作人员将不知道电压，电流以及频率等等的波动情况，会严重影响整个工厂的生产。所以应属于二级负荷。 共用变：这个变电所失电不会对生产有很大影响，所以应属于三级负荷。6kv侧负荷大小 在以下的计算中，kd表示需要系数，tany表示功率因素角的正切值。机修变：kd=0.15，tany=1.73。p=600 kw p30=0.15600=90 kw q30=1.7390=155.7 kvar s30=179.8 kva i30=30.4 a厂前区变：kd=1，tany=0。p=1200 kw p30=11200=1200 kw q30=0 kvar s30=34.6 kva i30=115.4 a空分变：kd=0.8，tany=0.75。 p=4000 kw p30=0.84000=3200 kw q30=0.753200=2400 kvar s30=34.6 kva i30=115.4 a合成变：kd=0.8，tany=0.75。 p=8000 kw p30=0.88000=6400 kw q30=0.756400=4800 kvar s30=8000 kva i30=769.8 a循环水变：kd=0.8，tany=0.75。 p=8000 kw p30=0.88000=6400 kw q30=0.756400=4800 kvar s30=8000 kva i30=769.8 a包装变：kd=0.15，tany=1.73。 p=600 kw p30=0.15600=90 kw q30=1.7390=155.7 kvar s30=179.8 kva i30=30.4 a复合肥变：kd=0.75，tany=0.75。 p=1400 kw p30=0.751400=1050 kw q30=0.751050=787.5 kvar s30=1312.5 kva i30=152.3 a所用变：kd=1，tany=0。 p=100 kw p30=1100=100 kw q30=0 kvar s30=100 kva i30=16.6 a公用变：kd=0.7，tany=0。 p=500kw p30=0.7500=350kw q30=0 kvar s30=350 kva i30=58.3 a所以，总的有功计算负荷 p3090+1200+3200+6400+6400+90+1050+100+35018880 kwq30=155.7+2400+4800+4800+155.7+787.5=13400 kvar所以：s188802kva考虑线损、同时系数时的容量： s1=231520.81.0519448 kva计算结果如下表所示（表2-1） 名称p（kw）p30（kw）q30(kvar)s30( kva )i30 ( a )机修变 60090 155.7179.830.4厂前区变 12001200034.6115.4空分变 40003200240034.6115.4合成变 80006400 48008000769.8循环水变 80006400 48008000769.8包装变 60090115.7179.830.4复合肥变51312.5 152.3所用变 100100010016.6共用变 500350035058.3第三章：主变压器的选择一、主变台数的确定变电所以装设两台主变压器为宜。而且这样就更加的保证了运行的可靠性，此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。二、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。对工厂变电所，主变压器容量应与工厂规划扩建相结合。 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，其余变压器容量在过负荷后的允许时间内，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。此变电所是化工厂总变电所，属于重要负荷变电所，所以当一台变压器停运，另一台也能保证全部负荷不断电。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：s=s1 kva还要考虑到工厂即将有新项目建设。所以应选容量为25000 kva的两台主变压器。三、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y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y接线，6kv侧采用接线。主变中性点的接地方式：选择电力网中性点接地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。在本设计中110kv变压器采用中性点直接接地方式。但是由于上一级配电站中性点已经接地，这里就不需要接地。主变绕组采用的接线方式为ynd11。四、主变的调压方式由于电网电压的不稳定性，需要调压操作频率较高，而且大多数的设备属于二级负荷不能停电进行调压。 所以，此变电所的主变压器采用有载调压方式。 本设计中主变压器的型号是：sfpsl25000/110第四章: 无功补偿装置的选择一、 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，为感应式电器设备（电动机，发电机）提供足够的无功，保证正常运行，同时对增强系统的稳定性有重要意义。二、无功补偿装置容量的确定 根据该厂的实际情况，采用高压集中补偿，考虑功率因数不能低于0.9，该厂未补偿前的功率因数为0.88，补偿后要求达到0.98。所以补偿容量为：qc=p30 (tany1-tany2)=18880tan(arccos0.88)-tan(arccos0.98) kvar=4170 kvar 故在此设计中，在电容器额定电压6.3kv情况下，取4200 kvar。三、并联电容器装置的分组由于电容器是采用的高压集中补偿，考虑到整个变电站的运行方式（母线分段），所以要考虑到只投入一条母线进行运行时也要能够进行无功补偿。 综上所述，在本设计中，无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式，电容器分为每组2100 kvar并联在6kv母线上。四、并联电容器装置的接线 并联电容器装置的基本接线分为星形（y）和三角形（）两种。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。 从电气工程电气设计手册（一次部分）p502页表9-17中比较得，应采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10kv及以上的大容量并联电容器组。 中性点接地方式：对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。第五章：电气主接线的初步设计及方案选择参考资料：1、发电厂电气设备（于长顺主编）第十章 2、电力工程电气设计手册（一次部分）第二章一、电气主接线的概况1、发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。2、在选择电气主接线时的设计依据 1）、发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用 2）、发电厂、变电所的分期和最终建设规模 3）、负荷大小和重要性 4）、系统备用容量大小 5）、系统专业对电气主接线提供的具体资料3、主接线设计的基本要求1）、安全性2）、可靠性3）、灵活性4）、经济性二、电气主接线的选择设计电气主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线。1、单母线分为单母线不分段（图4-1），单母线分段(图4-2)图4-1 单母线不分段接线 图4-2 单母线分段接线单母线不分段的优点：电路简单，使用设备少以及配电装置的建造费用低；缺点是可靠性和灵活性较差。这种接线方式只实用于容量较小和对供电可靠性要求不高的中小型工厂。单母线分段的优点： 母线检修时可以分段进行，出现故障时，经过倒闸操作切除故障段，保证另一段继续运行，比单母线不分段提高了可靠性。2、 双母线接线（图4-3）图4-3 双母线接线双母线接线的优点：两条母线互为备用，具有较高的可靠性和灵活性。一般只用在要求很高的大型工厂。缺点：电路复杂，使用设备多，建造费用高。3、桥式接线分为外桥、内桥和全桥外桥式接线（图4-4）图4-4 外侨式接线外侨式接线一般情况下适用于电源线路较短，故障检修机会较少，但变电所负荷变动较大且需经常切换变压器的总降压变电所。内桥式接线（图4-5） 图4-5 内桥式接线内桥式接线一般情况下适用于电源线路较长，故障检修机会较多，且变压器不需要经常切换的总降压变电所。全桥式接线（图4-6） 图4-6 全桥式接线全桥式接线在检修和进行倒闸操作时比内外桥更加的方便，但是建造投资的费用比内外桥高。根据实际情况最后选择电气主接线的基本形式为单母线分段全桥式接线。三、主接线中的设备配置第六章 各级配电装置的配置在变电站主接线中，所装开关电器、载留导体以及保护和测量电器等设备，按一定要求建设而成的电工建筑物，称为配电装置。它的作用是接受电能和分配电能，所以它是发电厂和变电所的重要组成部分。一、配电装置的要求（1）配电装置的设计和建设，应认真贯彻国家的技术经济政策和有关规程的要求，特别注意应节约用地，争取不占或少占良田。（2）保证运行安全和工作可靠。设备要注意合理选型，布置应力求整齐、清晰。（3）便于检修、操作和巡视。（4）便于扩建和安装。（5）在保证上述条件下，应节约材料，减少投资。二、配电装置的分类及使用范围 配电装置按电气设备装置的地点，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按组装的方式，可分为在现场组装而成的装配式配电装置，以及在制造厂将开关电器等按接线要求组装成套后运至现场安装用的成套配电装置。 屋内配电装置是将电气设备安装在屋内，它的特点是占地面积小，运行维护和操作条件较好，电气设备受污秽和气候条件影响较小；但需建造房屋，投资较大。 屋外配电装置是将电气设备装置在屋外，它的特点是土建工程量小，投资小，建造工程短，易扩建，但占地面积大，运行维护条件较差，易受污秽和气候条件影响。 在发电厂和变电所中，一般35kv及以下的配电装置采用屋内配电装置，110kv及以上的配电装置多采用屋外配电装置。但110kv及以上的配电装置，在严重污秽地区，如海边和化工厂区或大城市中心，当技术经济合理时，也可采用屋内配电装置。 成套配电装置一般布置在屋内，特点是结构精密，占地面积小，建设期短，运行可靠，维护方便，但耗用钢材较多，造价较高。目前我国生产的335kv各种成套配电装置，在发电机和变电站中已广泛应用。 由以上各种方案比较得： 在本设计中，110kv采用屋内配电装置。第七章 短路电流的目的及结果一、短路电流计算的目的在变电所和发电厂的电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。计算的目的是选择主接线，比较各种接线方案：选择电气设备，校验设备提供依据，为继电保护整定计算提供依据等。二、短路电流计算的结果1、确定基准值设sd=500mva，ud=uc，即高压侧ud1=115kv,低压侧ud2=6.3kv，则 idl=sd/1.732 ud1=500mva/1.732115 kv=2.5 ka id2= sd/1.732 ud2=500mva/1.7326.3kv=45.8 ka2、 计算短路电路中各元件的标幺值（1）电力系统 x1=100/500 mva=0.2（2）架空线路 由图12-12得x0=0.35/km,而线路长10km，故 x2=（0.3510）500mva/（115 kv）2=0.13（3）电力变压器 查表可得uz%=8%，故 x3=8/100500 mva/25000 kva=1.6因此绘制等效电路图，如图7-1所示。、计算k-1点（110kv侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值 xz（k-1）=x1+x2=0.2+0.13=0.33（2）三相短路电流周期分量有效值 iz（k-1）=id/ xz（k-1=2.5 ka/0.33=7.58 ka(3) 其他短路电流 i（3） =7.58 ka ish =2.557.58=19.32ka ish=1.517.58=11.45 ka(4) 三相短路容量 s（k-1）=sd/ xz（k-1=1515.2 mva4、计算k-2点（6.3 kv）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 （1）总电抗标幺值 xz（k-2）=x1+x2+x3=0.2+0.13+1.6=1.93（2）三相短路电流周期分量有效值iz（k-2）=id/ xz（k-2=45.8 ka/6.3=7.27 ka (3) 其他短路电流 i（3） =7.27 ka ish =1.847.27= 13.38ka ish=1.097.27=7.92 ka(4) 三相短路容量 s（k-2）=sd/ xz（k-2=259.07mva以上计算结果综合如表7-1所示。表7-1 短路计算表结果短路计算点 三相短路电流/ka三相短路容量iki（3）iishishs（kk-17.587.587.5819.3211.451515.2k-27.277.277.2713.387.92259.07三、变电所一次设备的选择效验1、 在本设计中110kv侧断路器采用sf6高压断路器，因为与传统的断路器相比sf6高压断路器具有安全可靠，开断性能好，结构简单，尺寸小，质量轻，操作噪音小，检修维护方便等优点，已在电力系统的各电压等级得到广泛的应用。在本设计中，110kv的配电装置采用户内式，所以断路器也采用户内式。这里选择的断路器型号为zf5-110效验zf5-110断路器的具体技术参数如下： 额定电压 110kv 额定电流 1250a额定开断电流 31.5ka动稳定电流 63ka热稳定电流 25ka额定关合电流 31.5ka由上表知：1）断路器的额定电压为110kv，不小于装设断路器所在电网的额定电压。2）该断路器的最大持续工作电流：imax=1.05in=1.05sn/(1.732un)=1.0525000/(1.732110)=137.8a该断路器的额定电流为1250a最小的），大于通过该断路器的最大持续工作电流137.8a断路器的断流能力此断路器的额定开断电流iekd=31.5ka短路电流周期分量：izk=7.58ka iekdizk2、此断路器的额定关合电流ieg=80kaish =19.32ka ieg ish3、动稳定校验动稳定电流：idw=80ka ish =7.92ka idw ish热稳定效应：qd=25kaqd，满足要求。4、电流互感器选择由电气工程电气设备手册（上册）中比较分析得，在本设计中宜采用lcwb110（w）型号的电流互感器，技术数据如下：额定电压 110kv额定电流 600a准确级准 0.5短时热稳定电流 15.8-31.6(ka)动稳定电流 40-80(ka)此电流互感器为多匝油浸式瓷绝缘电流互感器，其性能符合国际和iec的有关标准，具有结构严密，绝缘强度高，介质损耗率和局部放电量低，可靠性高以及运行维护简单方便等特点。imax=1.05in=1.05sn/（1.732un）=1.0525000/（1.732110）=137.8aie1=300a, ie1imax热稳定效验：lh的热稳定能力用热稳定倍数kr表示。热稳定倍数kr等于1s内允许通过的热稳定电流与一次额定电流之比。(krie1)2tqd(krie)2t=(i热min/ieie)2t=(15.8)21=249.64aqd=27.65 (krie1)2tqd 符合要求动稳定效验：lh的动稳定能力用动稳定倍数kr表示。kd 等于内部允许通过极限电流的峰值与一次额定电流之比。（kd21/2ie1）i(3)ch （kd21/2ie1）=21/240=56.56ka(按最小动稳定电流计算)ish =13.38ka (kd21/2ie1) ish 符合要求。5、电压互感器的选择从电气工程设备手册（电气一次部分）中比较各种电压互感器后选择jcc系列的电压互感器。该系列电压互感器为单相、三绕组、串及绝缘，户外安装互感器，适用于交流50hz电力系统，作电压、电能测量和继电保护用。 型号含义：j:电压互感器，c:串级绝缘，c:瓷箱式。在这里选用的是与断路器sf6配套的电流互感器zf5-110。四、变压器进出线与邻近线的选择1、110kv高压进线的选择 采用lj型铝绞线架空敷设，接往110kv公用干线。1） 按发热条件选择由i30=i1n.t=90a及室外环境温度40,查表可得,初选lj-25,其40时的ial100ai30,满足发热件。2）效验机械强度查表得，最小允许截面amin=35mm2，因此lj-25不满足机械强度要求，故改选为lj-35。由于此电路很短不需要效验电压损耗。2、变压器出线的选择变压器的出线用的是母线来连接变压器的出线端和进线柜。本设计中母线的截面按长期允许电流选择。按长期允许电流选择时，所选母线截面积的长期允许电流应大于装设回路中最大持续工作电流即，iyimax iy=kiyeiy指基准环境条件下的长期允许电流k指综合校正系数6kv母线截面选择： imax=1.05ie=210.8应选用载流量为1837（a）的双槽形母线，其参数如下： h(mm) ：75，b(mm)：35，t(mm)：4，r(mm)：6 双槽形导体截面积s(mm2)：1040，集肤效应系数：1.012。 6kv柜出线电缆的选择如表7-2所示 名称柜号i30电缆的型号选择机修变062430.4yjv22395备用0620、0612、0613_ 厂前区0618、0619115.4yjv22395空分0616、0617115.4yjv22395包装0614、061530.4yjv22395循环水0610、0611769.84xyjv223300合成0608、0609769.84xyjv223300所用0606、060716.6yjv22395复合肥0623152.3yjv22395公用062558.3yjv22395表7-2 电力电缆型号1、10kv高压柜出线的效验1） 按发热条件选择 由i30=i1n.t=115.4a及室内环境温度30,查表可得,初选yjv22395,其35时的ial126ai30,满足发热件。2）效验机械强度。 查表得，jec=2.0a/ mm2，最小允许截面amin=57.7mm2，因此yjv22395满足机械强度要求。由于此电路很短不需要效验电压损耗。2） 按发热条件选择由i30=i1n.t=769.8a及室内环境温度30,查表可得,初选4xyjv223300,其35时的ial800ai30,满足发热件