电气工程及其自动化毕业论文-35kV武利变电站主变增容工程设计

摘要随着现代经济与工业领域的不断发展与突破，变电站设计也必须随之持续优化、改进才能更好的满足日益增长的用电需求及更高的供电质量要求。本文通过对35kV武利变电站的现有情况进行调研，找出该站存在的问题，在满足当地社会经济发展的前提下，对其进行增容改造方案设计，从而提高供电可靠性。本文首先是确定变电站主变增容容量。其次设计变电站主变增容方案并相应绘制出改造后主接线图。进行短路计算，并依据计算结果对相关一次设备进行选型与校验，进行无功补偿的设置。最后完成变电站继电保护及安全自动装置的配置，至此35kV武利变电站主变增容工程设计完成。根据上述增容设计方案改造后的武利变电站，将极大缓解该地区负荷紧张的局面，满足地区经济发展需要，并且供电可靠性也得到了极大的提高。关键词：增容负荷短路计算继电保护目录TOC\o"1-2"\h\u36081前言 ②10kV侧断路器的选取额定电压选择：流过线路的最大电流：额定电流选择：额定短路开断电流的选择：结合上述数据，本次设定初步选择ZW12-12型高压户内真空式断路器，其参数见表3-6。表3-6ZW12-12型断路器主要技术参数表型号额定电压（kV）额定电流（A）分闸时间（ms）额定短路开断电流（kA）额定短时耐受电流及持续时间（kA/s）额定峰值耐受电流（kA）ZW12-12121250≤602020/450由表3-6可知所选断路器额定电压大于系统电压10kV，满足要求；额定电流大于流过线路的最大电流949.95A，满足要求；额定短路开断电流大于短路电流周期分量（）10.91kA，满足要求。热稳定校验：取后备保护时间为2S，断路器分闸时间为0.06S，则短路热效应为：断路器的额定周期分量热效应为：即：，热稳定满足要求。动稳定校验：断路器的额定峰值耐受电流为50kA，而10kV线路中的短路冲击电流为27.82kA。即：，动稳定满足要求。隔离开关的选取与校验隔离开关在电力系统常与断路器配套使用，由于其没有灭弧装置，所以在分、合电路时必须在没有HYPERLINK"/item/%E8%B4%9F%E8%8D%B7%E7%94%B5%E6%B5%81/359206"\t"_blank"负荷电流的情况下进行。即在进行断电操作时，应先分开高压断路器至分闸状态在分开高压隔离开关。通电时，先合高压隔离开关此时断路器应在分闸状态，然后在合闸断路器完成通电。所以隔离开关的选择与断路器相比缺少开断能力这一项目的校验，其余校验项目与断路器校验要求相同。（1）35kV侧隔离开关的选取本次设定初步选择GW5-40.5DW/1250型户外高压隔离开关，其参数见表3-7。表3-7GW5-40.5DW/1250型隔离开关主要技术参数表型号额定电压（kV）额定电流（A）额定短时耐受电流及持续时间（kA/s）额定动稳定峰值电流（kA）GW5-40.5DW/125040.5125025/463由表3-7可知所选隔离开关额定电压大于系统电压35kV，满足要求；额定电流大于流过线路的最大电流554.26A，满足要求。热稳定校验：隔离开关的额定周期分量热效应为：即：，热稳定满足要求。动稳定校验：隔离开关的额定动稳定峰值耐受电流为63kA，而35kV线路中的短路冲击电流为15.66kA，即：，动稳定满足要求。（2）10kV侧隔离开关的选取本次设定初步选择GN-10Ⅱ/3150型户内高压隔离开关，其参数见表3-8。表3-8GN-10Ⅱ/3150型隔离开关主要技术参数表型号额定电压（kV）额定电流（A）额定短时耐受电流及持续时间（kA/s）额定动稳定峰值电流（kA）GN-10Ⅱ/315010315050/4125由表3-8可知所选隔离开关额定电压不小于系统电压10kV，满足要求；额定电流大于流过线路的最大电流1939.90A，满足要求。热稳定校验：隔离开关的额定周期分量热效应为：即：，热稳定满足要求。动稳定校验：隔离开关的额定动稳定峰值耐受电流为125kA，而10kV线路中的短路冲击电流为27.82kA，即：，动稳定满足要求。本章小结本章是整个设计的重点部分，主要是对35kV武利变电站的一次部分进行设计，根据负荷预测确定主变型号，进行变电站增容方案设计并绘制出改造后的主接线图设计，选择标幺值法进行短路电流计算，并根据短路计算结果进行断路器与隔离开关的选择与校验。变电站二次部分设计主变保护装置的设计与选型变压器作为变电站的中枢，当其发生故障时轻则导致停电事故，重则会导致设备损毁乃至发生爆炸危及人身安全。为了防止事故发生，必须要为变压器配置保护装置。主变的主保护主保护是指能在保护范围内以最短的时间切除被保护设备和线路故障的保护。变压器的主保护分为基于电气量保护的差动保护与基于非电气量保护的瓦斯保护两种。差动保护是依靠基尔霍夫定律通过比较变压器两侧电流差异和相位变化的原理构成。差动速断保护逻辑图如图4-1所示，当差动继电器检测到电流出现一定偏差，保护就动作跳开关联断路器。图4-1差动速断保护逻辑图仅仅依靠差动保护是无法全面应对种类繁多的变压器内部故障的。所以本次设计的主变主保护采用差动保护与瓦斯保护相互协作，相辅相成。瓦斯保护逻辑框图如图4-2所示。其以气体继电器为测量元件，按故障严重程度分为轻瓦斯和重瓦斯，系统发生轻微故障时属于轻瓦斯，此时只会发出报警信号，如果故障程度严重达到重瓦斯时，直接动作跳闸。图4-2瓦斯保护逻辑框图综上所述，本次主变主保护设计选用的是积成电子生产的CAT231变压器主保护装置。该装置的保护功能配置包括：差动电流速断保护，二次谐波制动的比率差动保护，非电量保护（瓦斯保护），等，满足主变主保护设计要求。后备保护后备保护即在某些情况下，回路故障时，主保护因某些缘故动作没有发生时，由其他保护在短时间延时后（结合各回路要求设置延时时间）代替主保护启动并做出动作，断开故障回路。其逻辑框图如图4-3所示。本次设计中变压器后备保护应能对变压器外部故障做出反映并保护线路全长。图4-3后备保护逻辑框图综上所述，本次主变后备保护设计选用的是积成电子生产的CAT212变压器测控保护装置。该装置的保护功能配置包括：方向过流保护，零序过流保护，零序过压保护，三段过负荷保护等。满足主变后备保护设计要求。有载调压装置的设计与选型用电负荷会受到季节，气候，时间的影响导致电压产生波动，为了提高电压质量，本次设计选用型号为SZ9-16000/35的有载调压式变压器。有载调压，就是可以在有负载时调整电压，其原理是通过改变变压器变比，实现电压的调节。即通过控制变压器线圈匝数就可以控制电压。控制变压器线圈匝数只需要设置一个机械传动装置使其通过运动达到增加或减少与线圈的抽头连接即可。一般可以通过电动机的正反转控制带动相关机械传动装置完成这一操作。其逻辑框图如图4-4所示。本次设计选用的是南瑞继保公司生产的RCS-9063主变测控及有载调压装置。图4-4有载调压装置逻辑框图无功补偿装置的设计与选型无功平衡是电力系统保持高效运行的重要因素，电容器是并联在电网中用以进行无功补偿的设备。所以要对电容器配置相应的保护装置，用以保证其安全运行。表4-1是常见的并联电容器故障及其保护形式。表4-1常见的并联电容器故障及其保护形式表常见故障保护形式电容器组与断路器之间连线的短路带时限的电流速断或是过电流保护电容器组单相接地故障利用电容器组所接母线上的绝缘监察装置检出电容器组过电压装设过电压保护电容器组连接母线失压装设低电压保护电容器组过负荷装设过负荷保护由表4-1可知电容器常见故障种类繁多，需要配置的保护也比较多，经过查询，本次无功补偿装置的保护设计选用的是积成电子生产的CAC211电容器测控保护装置。该装置的保护功能配置包括：三段式过流保护，低电压保护，过电压保护，母线PT断线判别等，满足无功补偿装置保护设计要求。总结本次设计通过对传统老旧的小型变电站进行积极优化和创新设计，以安全可靠、设备先进且结构合理为目标，最终完成了对35kV武利变电站的主变增容工程的设计。本文做出的主要工作：(1）满足了武利镇电力负荷增长需求及电网的发展。通过对武利镇负荷的预估对35kV武利变电站进行了增容改造设计，并对站内存在的问题进行了综合处理，减轻了站内的电力负担，提高了安全系数，提高了供电可靠性。(2）变电站的一次部分设计通过对35kV武利变电站的现状分析，结合科学的设计原则，确定了主变的选择，提出变电站的增容改造方案并绘制出了改进后的主接线图，进行短路计算并通过计算结果对一次设备进行了选择与校验，无功补偿配置等使变电站的一次部分设计具有规范性及合理性。(3）变电站的二次部分设计结合35kV武利变电站的增容改造一次设计方案，延伸至变电站的二次部分进行设计，对重要电气设备做出了保护配置。确保设备的安全，可靠运行。虽然本次设计对35kV武利变电站设计了一套可靠的增容方案，但是仍存在许多难点及不全面性需要进一步深入研究。（1）本文的负荷预测对新方法的应用力度不够，没有建立起可靠的负荷预测数学模型，造成预测数据存在一定误差。（2）无功补偿计算分析基于理想化的条件，没有进一步结合实际情况研究，计算数据的精度与实际有一定偏差。（3）随着继电器种类的丰富多样化，保护技术的不断发展，电气设备的保护配置还可以更加深入地探讨。参考文献薛贺.变电站二次继电保护措施研究[J].科技风,2019(22):170.苗松林.35kV变电站升级改造技术方案分析[J].电世界,2018,59(10):9-12.刘海雯.俄体66kV变电站增容改造工程设计[D].长春工业大学,2019.韩雨.220kV盐城变电站增容改造工程研究与实施[D].江苏大学,2019.德亮.变电站增容引起低压短路电流过大问题探究[J].山东工业技术,2019(5):207.李福星.变电站一次设计中主要电气设备选择[J].科技创新导报,2017,14(26):29+3.姚锐.35kV变电站升压改造工程主要电气设备选择及布置[J].电工技术,2017(02):23-25.邹雪，窦悉丝，江钰婷，于云霞.农村35kV变电站方案设计[J].无线互联科技,2018，15(15):26-27.邬小坤，赵武智，牛静，齐雪雯，李现军.继电保护综合故障分析系统研究与应用[J].电力大数据,2019，22(12):86-92.项计才.35kV变电站规划改造设计方法及措施探讨[J].科技论坛，2019(29):182.张立伟,安向勇,苏晓学,张慧洁.变电站电气主接线方案优化研究[J].现代工业经济和信息化,2017,7(10):65-67.孙文龙.突泉县太平66kV变电站增容扩建改造工程设计[D].长春工业大学,2019.侯国柱,费雪萍.某500kV变电站站用电系统改造方案分析[J].电力勘测设计,2021(02):8-11+