【混合配电网供电系统设计8700字（论文）】

第一章前言1.1研究背景及意义近年来，随着社会经济的高速发展和现代城市的快速建设，城市配电网中负荷的大小和种类不断增加，传统交流配电网面临着供电质量下降、供电走廊紧张、换流过程繁多等诸多问题。与此同时，具有提高供电容量、改善供电质量、便于分布式电源及直流负荷并网等众多优势的直流配电网受到了世界范围内专家学者的关注，在传统的交流配电网上发展优点众多的直流配电已经成为了未来配电网建设的趋势。因此，对兼具交流配电基础和直流配电优势的交直流混合配电网的研究具有很高的现实意义和应用价值。通过本次课程设计，加深对建筑供配电及照明技术理论知识的理解，初步了解通信大楼供配电工程设计的基本原理、步骤及方法，掌握建筑供配电总体方案、设计计算、设备选型及照明设计。结合课程设计的内容，熟悉建筑供配电需要提交的技术文档要求，学会绘制供电系统图及建立负荷计算表，学会查阅有关专业技术资料及设计手册，提高进行独立设计的能力并完成课程设计相关任务。1.2研究现状随着多端柔性直流技术在配电网中的不断应用，交直流混合配电网的研究也逐渐增多，而目前交直流电网和直流电网仍处于理论研究阶段。未来的21世纪，估计对电力的需求程度会比现在更高，所需电力设备也将有明显的增加。到那时候，为了提高维修和运行效率，就需要开发一种维修简便、省时省力，能缩短故障停电时间的变电所。我国变电所主要现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电所转变，交流传输向直流传输转变，国外主要是交流输出向直流输出转变。变电站自动化技术经过10多年的发展已经达到了一定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术，实现无人值班，而且在220kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用综合自动化新技术，从而提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电的可能性，降低了变电站建设的总造价。随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响，全数字化变电站自动化系统即将出现。1.3技术路线和技术关键这次设计的基本原则是以设计任务书为依据，以所学知识为基础，以国家经济建设的方针政策，技术规范为标准，结合工程的实际情况，在保证供电可靠性、高度灵活，满足各项技术要求的前提下。依据《电力系统设计手册》、《电力工程电气设计手册》等选择电气主接线图、主变压器及所用变压器、电气设备，完成设计任务书中的各项要求。（1）变电所设一台5000KVA-35/10KV的降压变压器，变压器与35KV架空线接成线路变压器组。在变压器高压侧设少油式断路器。这便于变电所的控制、运行和维修。变电所的10KV侧采用单母线分段接线，用10KV少油式断路器将母线分成两段。主变压器低压侧经少油式断路器接在10KV母线的一个分段上，而10KV备用线路也经少油式断路器接在另一个分段上。电气主接线的基本要求如下：安全性主要指设备安全和人身安全。（2）变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。（3）继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。（4）变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。第二章设计题目及工程概况2.1项目概况该项目拟建建筑面积约37万m2，其中：地上建筑住宅21.9万m2，商业10.7万m2，地下建筑地库3.7万m2。当集住宅、酒店式公寓、电影院、餐饮、大型购物广场、配套商业服务等功能为一体的现代商业综合。变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。变配电室位于武汉市永旺梦乐城商业综合体南郊，交通便利，变电所的西边为35KV负荷密集区。2.2电气负荷2.3负荷统计与计算2.3.1负荷分析及组成根据任务书可知更好的解决永旺梦乐城商业综合体的供电问题，同时也促进了供电网络的形成和供电的可靠性。为了考虑本地区经济的发展此变配电室设计的最大容量为36.8MW。各级负荷见以下图表2.1：表2.1永旺梦乐城商业综合体10KV变配电室负荷统计资料楼层负荷名称功率（KW）数量（台）合计（KW）层合计（KW）地下一层污水泵0.7564.515.5生活泵5.5211首次排风泵0.3710.37106.74通风泵1.111.1电加热器24248空调室内机0.180.8空调室内机0.2710.27通风机2.212.2通风机326热风机12448二层空调室内机0.2720.5415.1空调室内机0.7664.56排风机2.5410三到七层热水器621213除污机111顶层空调室外机1317221234.37通风机7.517.5通风机5.515.5排风机0.3710.372.3.2负荷计算的需要系数法有功计算负荷:Pc=无功计算负荷:Qc=视在计算负荷:Sc=Pc计算电流：Ic=P式中PNiKdPCQCSCtan∅UrIC当三相负载不平衡时，应确定三相中最大容量PLmax，需要系数KX，功率因数cos设备容量：Pe=3计算容量：Pc=计算电流：Ic=第三章永旺梦乐城商业综合体变配电系统3.1变电所变配电系统方案本系统方案图为：图3.1永旺梦乐城商业综合体变配电系统根据统一的供电规划方案，低压电缆分七路埋地引入该建筑的低压配电室，为用电负荷供电，此段线路的电压损失为1%。变电所采用10kV双电源进线，低压出线根据建筑电气专业要求配置。4#变电所与开闭所合并布置，其他变电所采用附属结构，布置在地下车库。10kV电源进线通过两台变压器为符合供电。1号变压器主要为办公区域负荷供电，2号变压器为市场区域负荷供电。主结线采用单母线分段联络，当2号变压器出现故障时可以由1号变压器负责其回路的临时用电。采取低压集中补偿方式。柴油发电机单独为一级动力负荷供电。与变压器不联络。低压配电采用放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷或重要负荷，如：电梯机房、风机室等设备采用放射式供电，对于一般负荷用树干式与放射式相结合的供电方式。3.2变电所电源进线的选择3.2.1变电所容量补偿后的初步估计母线的材料有铜和铝，铜的电阻率很低，机械强度大，抗腐蚀性强，是很好的母线材料，但价格昂贵，储量不多。铝的电阻率为铜的1.7-2倍，重量只有铜的30%。因此广泛应用与屋内外配电装置中，工厂供电系统10KV以下的母线主要用矩形铝母线，而母线的三相排列布置则根据具体情况而定。变电所一台变压器运行时的视在功率为：（3-1）功率因数为：按要求采用电容器将功率因数补偿到0.9以上：（3-2）经电容补偿后，变电所的功率变为：（3-3）变电所补偿电容容量至少为：（3-4）由于每一台变压器均是双回路供电，所以每一条线路的功率为：（3-5）3.2.3变电所主变压器台数的选择选择主变压器台数应考虑下列原则：1、应满足用电负荷对供电可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷供电。对只有二级负荷而无一级负荷的变电所，也可以只用一台变压器，但在低压侧应敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源。2、对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。综上所述，选用两台变压器并联运行方式。变电站运行需要消耗电能，故商业综合体用电取为5%。由于两台变压器互为暗备用，当一台变压器故障或检修时，另一台变压器承担负荷取为70%。为了适应城市商业综合体发展和调整的需要，变压器容量应保留15%～25%的容量，此处取为20%。由于所有负荷大多数情况下不会同时工作，故取同期系数为0.9。变压器容量可按以下公式计算：（3-6）通过综合分析，10kV变电站变压器应采用两台完全相同的有载调压三绕组电力变压器，变压器容量为31500kVA。查《10-35kV变电站设计规范》选择：SFSZ7—31500/110型号的变压器。其技术参数如下表3.1所示：系统归算到的该变电站10kV母线的容量为1918MVA。表3.1所选变压器参数型号额定容量（kVA）额定电压（kV）连接组别高压中压低压SFSZ7—31500/11031500110±8×1.25%38.5±2×2.5%11YNyn0d11损耗（kW）阻抗电压（%）空载电流（%）空载负载高-中高-低中-低1.450.317510.5176.5容量比100/100/100因本变电所装有两台主变压器，每台变压器的容量ST应该同时满足以下条件：任一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷的大约70%的需要。根据设计要求变压器要满足常调压要求，所以选择10KV三绕组有载调压电力变压器（参数=100MVA）故选择主变压器的型号为：SFSZL7—40000/110其主要参数如下：两台三绕组主变压器SFSZL7—40000/110表3.2主变压器的型号型号SFSZL7—40000/110额定容量（KVA）40000主接头额定电压（KV）高110中38.5低6.3，6.6，10.5，11阻抗电压（%）高--中10.75高--中17.5中--低6.5绕组连接方式YN，yn0，d11装设两台主变压器的主接线方案如图3.2所示。图3.2装设两台主变压器的主接线方案3.2.2变电所进线的选择变电所电源进线上的总功率和电流为：（3-7）（3-8）假设变电所年最大负荷利用小时数，查导线经济电流密度图可知，经济电流密度,则导线的经济截面：（3-9）试取最接近的导线截面为70mm2，选取LGJ70/10钢芯铝绞线。3.3设备的选择3.3.1断路器选择高压熔断器是一种防止电气设备长期通过过载电流和短路的保护元件。根据《电力工程电气设计手册》35KV-110KV可选用少油、SF6、空气断路器等。综合考虑，110KV检修方便，选用SF6断路器，35KV也选用SF6断路器，10KV侧采用真空断路器熔断器价格低廉，对供电无特殊要求的设备或网络，得到广泛的应用，从降压设备造价考虑，只要断流容量合格，应先考虑采用高压熔断器作为控制和保护设备。3.3.2隔离开关的选择种类和形式的选择：隔离开关的型式很多，按安装地点的不同可分为屋内式和屋外式。按绝缘支柱数目可分为单柱式和双柱式。它对配电装置的占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置的特点和使用要求以及经济技术条件来确定。由于本设计中均不采用手车式断路器，故35KV、10KV侧用选隔离开关。3.3.3电压互感器选择电压互感器是二次回路中测量和保护用的电压源，通过它反映系统的运行状况。它的作用是将一次高压变为二次侧的低电压便于测量。型式：6～20KV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35KV～110KV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。表3.3电压互感器参数型号额定一次电压（KV）额定二次电压(V）辅助线圈额定容量（KVA）最大容量（KVA）JDJJ-35351000.1/350010003.3.4电流互感器选择目前电力系统中用的广泛是电磁式电流互感器（用字母TA表示），它的原理和变压器相似，对于6～20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。3.3.5绝缘子和穿墙套管屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子。屋外支柱绝缘子需倒装时，可用悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联和胶装的多棱式支柱绝缘子。屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管。对于母线型穿墙套管应该校核窗口允许穿过的母线尺寸。高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种。瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电压6～35kv系统，油纸电容式绝缘适用于交流电压60～500kv中性点直接接地系统。3.3.6熔断器的选择高压熔断器是一种保护电器，当其所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，它的熔体熔化而分断电流﹑开断电路，熔断器主要用来进行短路保护，用来保护线路﹑变压器及电压互感器等设备。有的熔断器具有过负荷保护功能。熔断器由熔体﹑支持金属体的触头和保护外壳三部分组成。3.4主接线设计3.4.1110kV侧主接线设计因本所初期设计2回进线2回出线，，故110kV变电站电气主接线可采用单母线分段接线或双母线接线。图3.3双母线接线从技术性角度而言，两种方案均能满足110kV级供电可靠性和灵活性的要求，但是从原始资料可知，110kV侧有两回进线，两回出线，且为双电源双回路供电，故采用单母分段的接线方式即可。综合比较，本次设计在110kV母线上采用单母线分段接线的形式。3.4.235kV侧主接线设计采用双回路线路对重要用户供电。方法是将双回路分别接引在不同分段母线上。图3.4单母线分段接线在可靠性要求不高时，可使用隔离分段开关。任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判断故障后，断开分段隔离开关，完好段即可恢复供电。35kV侧采用单母线分段接线，且对重要负荷采用双回路供电。接线简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，若采用双母线设备多，投资大，继电保护复杂，倒闸操作易出现误操作，故采用单母线分段接线的接线方式。3.5.310kV侧主接线设计10kV侧通常采用单母线或单母分段接线。单母线分段接线如图3.5所示：图3.5单母线分段接线单母线虽然设备少，经济性好，但是可靠性差，本站10KV侧有工厂等重要负荷，且还要预留两回出线间隔以待发展之用，故采用单母分段接线。第四章混合配电网继电保护及二次回路的选择4.1本设计继电保护装置原理概述4.1.1线路电流速断保护是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，跳各侧断路器，发动作信号。用来保护变压器内部或引出线上严重的相间或接地故障，为了作为相邻下一段线路保护和开关拒绝动作的远后备，来切除电流速断保护范围以外的故障。用二相二电流继电器的不完全星形接线方式，起动元件采用反应负序、零序电流元件构成。采本设计选用无时限电流速断保护。4.1.2平行双回线路横联方向差动保护双回线路运行时能保证有选择的动作，横联保护在相继动作区内短路时，其差回路中接入电流继电器，在同杆并架回路时会受到零序循环电流的影响，引起的最大不平衡电流。通过比较两线路的电流相位和数值鉴别发生的故障，横联差动保护则常用于变电所母线等设备的保护。4.1.3变压器瓦斯保护瓦斯保护主要由气体继电器来实现，当变压器局部发生击穿或短路故障时，利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部故障以及反映的不严重的匝间短路和铁心故障。当变压器内部故障时，将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部，带动磁铁向干簧触点方向移动，油和其他材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。不能反映变压器油箱以外的套管以及引出线等部位发生的故障，需与差动保护配合共同作为变压器主保护。4.1.4变压器纵联差动保护纵联差动保护中最主要的解决内外部故障的判别与励磁涌流的识别。在变压器两侧都装设电流互感器，纵联保护利用通道传送线路两端方向组件的动作信息。变压器内部发生相间短路时，故障发生时只要每侧的测量组件能够准确地判断出故障方向，方向组件都反应为正向短路。差动继电器并接在回路壁中，根据各侧信息直接判断出故障位置，从而可以判断出变压器内部故障。本设计采用较经济的BCH-2型带有速饱和变流器的继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。4.2主变压器继电保护装置设置接入系统方案：根据一次接入系统设计，本变电所采用内桥接线，为终端负荷变电所，常用运行方式中无穿越功率，根据系统继电保护现状，在本所不再装设35kV线路保护，当35kV线路发生故障时，由电源点CI和CII对侧线路保护切断故障线路。4.2.1进线主变保护保护配置（1）主变与进线断路器和35kV内桥断路器组成差动保护，瞬时动作跳主变二侧断路器和35kV内桥断路器。接线方式：高、低压两侧差动ＣＴ均采用星形接线，高压侧取主变35kV隔离手车柜保护CT，低压侧取主变10kV出线保护CT，通过软件平衡两侧电流，补偿二次电流相位。CT二次断线告警（差动出口：小电流闭锁／大电流开放，定值可设定）差流显示及越限告警故障录波（要求至少记录故障前5个周波到故障后5个周波的相关故障模拟量）（2）复合电压启动过电流保护接线方式：电流取主变35kV隔离手车柜保护CT，电压取主变10kV侧，复合低电压和负序电压。功能组成：过流第Ｉ时限跳低压母分，第II时限跳同侧35kV进线断路器和主变10kV侧断路器及35kV（3）过负荷告警及联切负荷第一时限（不小于9秒）告警，第二时限（不小于1800秒）出口联切10kV线路（每台主变过负荷联切线路出口不小于6个）。（4）非电量保护及有关开关量采入·本体轻、重瓦斯（动作于跳闸/信号，可切换）·分接开关轻、重瓦斯（动作于跳闸/信号，可切换）·压力释放（动作于跳闸/信号，可切换）·主变油温过高告警（5）控制回路断线告警4.2.2线路保护功能配置：（1）三相两段式电流保护及其后加速（2）接地选线接地选线是作为35kV线路保护单元内部的一个测量功能模块，另外配置一个通讯式接地选线装置用于采集信号，合成零序电压进行分析判断，具备接地试跳功能；接地选线的软件功能须适应中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统，接地选线的原理应为功率方向+小波分析，从原理上满足没有选线死区要求。（3）低频减载频率测量误差不大于±0.05Hz，动作频率、动作延时及滑差df/dt应分别可调。（4）重合闸重合闸时间整定范围不小于0.5～9.9s，步长≤0.1s；重合闸可投退；采用保护/不对应启动方式，可投退，全线电缆线路则不配合重合闸；低频减载动作闭锁重合闸，可投退；弹簧机构储能未绪闭锁重合闸，可投退。（5）控制回路断线告警（6）故障录波要求至少记录故障前5个周波到故障后5个周波的相关故障模拟量。第五章混合配电网防雷保护和接地装置的设计5.1接地装置的设计110kV的配电装置的高度为10米，35kV的配电装置的高度是7.3米，所以被保护物体的高度为10米。设用四支避雷针保护全所，被保护物体的高度。避雷针的分布如下：用4支等高避雷针去保护全所，可以划分为三角形，用折线法分别核算。经过计算得到避雷针的高度为30米，即用高度均为30米的四支避雷针就能保护全所。图5.1避雷针布置图5.2防雷保护架空线路遭受雷击或感应累的影响,在线路上形成沿线路传播的高电压行波.此种电压波入侵到建筑物内或进入电气设备造成过电压。据统计城市中雷击事故的50%-70%是由于这种雷电波侵入造成的。因此，在工厂中应予以重视，对其危害给予足够的防护。为防止线路侵入雷电波的过电压，在35KV进线，10KV母线桥及10KV每段母线上分别安装氧化锌避雷器。为保护主变压器中性点绝缘，在主变35KV侧中性点装设氧化锌避雷器。混合配电网并联电容器根据规定装设氧化锌避雷器保护。结论通过这次变电站电气一次部分设计让我对电力系统的基本知识和相关课程有了更深一步的了解，使我对变电站以及电力系统的结构、操作运行有了更深一步的了解，同时也是一个把自己所学专业知识得以施展、验证的机会，从中找出自己的不足，也使自己的专业知识得以巩固。通过设计中提出问题到解决问题的过程又一次激发了我的学习兴趣，但是此次课程设计也暴露出自己基础知识的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对相关材料的不了解等等。这次设计是我们把理论与实际有机的结合起来，锻炼了分析解决实际问题的本领，真正由知识到智能的转化，对我们以后的工作和生活有很大的帮助。关于混合配电网变电站的初步设计虽说基本完成，但是仍有许多地方有待进一步改进和优化。只有理论联系实践，在实践中检验理论，才能设计出更加优秀的作品。参考文献撖奥洋,于立涛,贾旭,等.地铁供电系统短期负荷预测系统设计[J].青岛大学学报(工程技术版),2017(2):76-80.谢红灿,许峰,刘军志,等.农网临时供电系统设计[J].大众用电,2017(10).郝世俊,李玉强.农网配电自动化系统设计与应用浅谈[J].科研,2016(12):42-46.解绍锋.电气化铁路理想同相供电系统供电方案及其优化研究[J].学术动态.2015(02)夏焰坤,李群湛,邹大云.一种基于有源滤波器的同相牵引供电方案[J].电网技术.2017(10)孙国萌,韩蓓,李国杰.基于概率方法的全寿命周期交直流混合配电网经济性评估[J].电力建设.2016(05)梁海峰,林嘉麟,李鹏.含分布式能源直流配电网的优化调度[J].中国电力.2016(03)蒋智化,刘连光,刘自发,张晓晴.直流配电网功率控制策略与电压波动研究[J].中国电机工程学报.2016(04)李建国,赵彪,宋强,黄永章,刘文华.直流配电网中高频链直流变压器的电压平衡控制策略研究[J].中国电机工程学报.2016(02)史清芳,徐习东,赵宇明.电力电子设备对直流配电网可靠性影响[J].电网技术.2