兴化110KV变电所电气部分设计.doc
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1、大连理工大学网络教育学院毕业论文(设计)模板 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文(设 计) II兴化110kV变电所电气一次部分增容设计内容摘要变电所是电力系统的重要组成部分。变电所电气一次部分设计包括变电所总体分析、主变选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电装置和总平面设计等。对发电厂进行电气部分的设计有着很好的实践和指导意义,电气设计包括很多方面,其中,电气主接线是发电厂变电所的主要环节,电气主接线直接影响运行的可靠性、灵活性,它的拟定直接关系着整个变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定,是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本次论文选
2、兴化110KV变电站作为设计对象,做有关这个变电站的电气设计。论文从兴化110KV变电站的现状以及研究意义入手,首先对变电站电气设计的主要内容进行了总体概括,包括变电站的总体分析及主变选择、变电站的总体分析及主变选择、电气主接线的设计和选择、短路计算以及电气设备的选择等;之后又分别详细地介绍了变电站的总体分析以及主变选择,对主变的容量、台数、以及电缆的选择等进行了计算;通过分析和计算对该变电站的电气主接线进行了设计和选择;接着又进行了短路计算并介绍了短路计算的相关目以及有关电气设备选择及校验的相关原则和知识;最后全文进行了总结和概括,本次毕业设计有一定的实际指导意义。关键词:主接线图;负荷计算
3、;变压器容量;三相短路电流计算目 录内容摘要I1 绪论11.1 电力变电站的发展现状与趋势11.2 电力变电站设计的研究背景11.3 本次论文的主要工作12 电气设计的主要内容32.1 变电所的总体分析及主变选择32.2 电气主接线的选择42.3 短路电流计算42.4 电气设备选择42.5 配电装置及总平面设计53 变电所的总体分析及主变选择63.1 变电所的总体情况分析63.2 主变压器容量的选择63.3 主变压器台数的选择73.4 调压方式的选择73.5 中性点接地方式的确定73.6 接线组别94 电气主接线设计104.1 引言104.2 电气主接线设计的原则和基本要求104.3 电气主接
4、线设计说明115 短路电流计算145.1 短路计算的目的及规定145.2 变电所短路短路电流计算146 电气设备选择226.1 110KV电气设备选择226.2 6KV电气设备选择237 配电装置及平面设计288 结论29参考文献301 绪论 1.1 电力变电站的发展现状与趋势随着我国国民经济的快速发展,人们生产生活中对电的需求提出了更高要求,我国正在不断地加大电力网建设,电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高,现在已有许多变电站实现了集中控制和采用计算机监控,电力系统也实现了分级集中调度,所有电力企业都在努力增产节约,降低成本,确保安全运行。随着我国国民经济的发展,电力工业将逐步跨入世界先
5、进水平的行列。目前我国变电站的发展方向趋于数字化、装配化、智能化和自动化。将来的变电所将是一个全面装有计算机、光纤和各种传感器的系统,突出特点将是数字化、光纤通信、预测维修传感器、故障定位和自动重合闸等。1.2 电力变电站设计的研究背景我国电力建设经过多年的发展,系统容量越来越大,短路电流不断增大,对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着科学技术的高速发展,制造、材料行业,尤其是计算机及网络技术的迅速发展,电力系统的变电技术也有了新的飞跃,随着计算机及网络技术的发展,目前国内外110kV变电站相当一部分变电站都不同规模地拥有远动及自动化系统,变电站正向着计算机化,网络化,智能化
6、,保护、控制、测量和数据通信一体化发展。我国变电站设计也正向着变电站接线方案趋于简单化、大量采用新的电气一次设备、变电站占地及建筑面积减少、变电站大量运用综合自动化技术方面发展。1.3 本次论文的主要工作变电所是电力系统的重要组成部分。变电所承担着升高或降低电压以及转换功率的作用。变电所设计的正确与否不仅影响着电力负荷的供电可靠性,同时也影响着电力系统的安全可靠运行。110kv变电所电气部分设计研究的主要内容是结合相关的设计手册,辅助资料和国家有关规程,主要完成该变电站的一次、二次部分设计,参考国内外最新的设计方法、研究成果和新的电气设备,对降压变电所的电气主接线方案,主变压器的选择,电气设备
7、的选择(包括断路器,隔离开关,熔断器等),配电装置的选择等进行设计;主变压器、各侧电压等级的电气主接线和相关一次、二次设备、继电保护装置进行选择;同时,完成变电站一次、二次部分总接线图、110kv变电所平面布置初步设计等。110kv变电站是电网中的关键节点,加强对110KV变电站的设计水平是非常有必要的,本论文主要研究兴化110KV变电所一次部分的电气设计。兴化集团公司属连续生产化工企业,中断供电将会造成较大经济损失,一旦生产过程被打乱需较长时间才能恢复,属二级供电负荷单位,二级负荷应由两个电源供电,供电变压器亦应有两台,其供电每回路应能承受100%的二级负荷。 公司原有1#主变容量为20MV
8、A,2#主变为40MVA,实际生产长期运行负荷在45-50MW,变压器二次侧电压为6KV。随着企业的不断发展,需新扩建硝酸、硝铵生产线,核计增加负荷约20MW,为此需对现有110kv总降压站进行增容改造,相应电气设备进行增容设计核算,在原有变电站基础上进行设计。由于单台变压器容量超过40000KVA增容费用过高,又为了长期规划以满足总容量要求,经综合分析研究同时兼顾公司蒸汽不足及用电高峰期电网限电的现状,经可行性研究拟定新建自备热电厂,其中热电厂部分另行独立设计。292 电气设计的主要内容电气设计包括强电和弱电两部分,强电部分的设计内容主要包括:变配电系统、电力和照明系统、防雷接地系统等。一般
9、来说,变配电系统主要包括:高低压系统、变压器、备用电源系统等;电力系统主要包括电力系统配电及控制;照明系统则包括室内外各类照明;防雷接地系统包括防雷电波侵入、防雷电感应、接地、等电位联结和局部等电位联结、辅助等电位联结等等。变电所是电力系统的重要组成部分。变电所电气一次部分设计包括变电所总体分析、主变选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电装置和总平面设计等。变电所的设计必须从全局利益出发,统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,结合国情合理地确定设计方案;正确处理安全与经济,基本建设与生产运行,近期需要与今后发展等方面的关系,采用中等适用的建设标准,并推广国内
10、外先进技术,并采用经实验鉴定合格的新设备、新材料、新结构、根据需要与可能,逐步提高自动化水平。同时变电所的设计,必须坚持节约用电的原则。2.1 变电所的总体分析及主变选择电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络,它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。 变电站是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用,变电所根据它在系统中的地位,可分为下列几类: (1)枢纽变电站;位于电力系统的枢纽点,连接电力系统高压和中压的几个部分,汇集多个电源,电压为330500kv的变电站,成为枢纽,全所停电后,将引起系统解列,甚至出项瘫痪。(2)中间变电站:高压侧以交换潮流为主,其系统变
11、换功的作用,或使长距离输电线路分段,一般汇聚23个电源,电压为220330kv,同时又降压供当地供电,这样的变电站起中间环节的作用,所以叫中间变电站。全所停电后,将引起区域电网解列。(3)地区变电站:高压侧一般为110220kv,向地区用户供电为主的变电站,这是一个地区或城市的主要变电站,全所停电后,仅使该地区中断供电。(4)终端变电站:在输电线路的终端,接近负荷点,高压侧的电压为110kv,经降压后直接向用户供电的变电站,即为终端变电站。全所停电后,只是用户受到损失。110kv变电所设计要求电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小。且应选择从电力系统整体出发
12、,力求配置与电网结构相应的保护系统等的设计方案。基于此,我以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的110kv变电所为目的,根据兴化变实际资料对主接线形式确定、短路电流计算、设备选择和配电装置布置等方面提出我的设计思路。2.2 电气主接线的选择 电气主接线是变电所设计的主要环节,电气主接线直接影响运行的可靠性、灵活性,它的拟定直接关系着全厂(所)电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定,是变电站电气部分投资大小的决定性因素。电气主接线的设计,35-110kV变电所设计规范有以下几条规定: 第3.2.1条:变电所的主接线,应根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特
13、点及负荷性质等条件确定。并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。 1第3.2.2条 当能满足运行要求时,变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。1 第3.2.3条 35110kV线路为两回及以下时,宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。单母线的接线。3563kV线路为8回及以上时,亦可采用双母线接线。110kV线路为6回及以上时,宜采用双母线接线。1第3.2.4条 在采用单母线、分段单母线或双母线的35110kV主接线中,当不允许停电检修断路器时,可设置旁路设施。12.3 短路电流计算短路电流一般是正常运行时电流的十几甚至几十倍,对电网有很大危害:(1)通
14、过故障点的短路电流和所燃起的电弧,使故障元件损坏。(2)短路电流通过非故障元件,由于发热和电动力的作用,引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命。 (3)电力系统中部分地区的电压大大降低,破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量。(4)破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统震荡,甚至整个系统瓦解。2本设计根据所确定的主接线方案,选择适当的短路计算点计算短路电流并列表示出短路电流计算结果,通过短路电流计算校验兴化变电气设备动、热稳定。2.4 电气设备选择在电力系统中,虽然各种电气设备的功能不同,工作条件各异,具体选择方法和校验项目也不尽相同,但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要可靠地工作,必须按正常
15、工作条件进行选择,并按短路条件来校验动、热稳定性。 本设计中,电气设备的选择包括:母线的选择,高压断路器和隔离开关的选择,电流、电压互感器的选择等。按正常工作条件选择:额定电压(电网额定电压);额定电流(最大持续工作电流);3按短路情况进行校验:热稳定校验母线热稳定条件(热稳定最小截面积),电器满足热稳定条件(短路电流热效应);动稳定校验母线满足动稳定条件(导体最大计算应力),电器满足动稳定条件(短路冲击电流幅值一般高压电路取2.55倍,发电机电压母线取2.69)。3下列情况可不校验热稳定或动稳定:1)用熔断器保护的电器,其热稳定由容短时间保证,故可不校验热稳定;支柱绝缘子不流过电流,不用校验
16、热稳定。2)用限流熔断器保护的设备,可不校验动稳定;电缆因有足够的强度,可不校验动稳定。3)电压互感器及装设在其回路中的裸导体和电器,可不校验动、热稳定。32.5 配电装置及总平面设计按配电装置的设备装设地点,可分为屋内配电装置与屋外配电装置两大类。 屋内配电装置:特点是所有电气设备放置在屋内,安全净距小,可采用分层布置,占地面积小;外界污秽气体及灰尘对电气设备的影响较小;操作、维护与检修都在室内进行,工作条件好,不受气候影响;土建工程量大,投资较大。屋外配电装置:特点是所有电气设备放置在屋外,土建工程量小,相应的投资较小,建设工期短;扩建方便;相间及设备之间距离大,便于带电作业;受外界环境影
17、响,设备的运行条件及人员进行操作维护的工作条件较差,而且占地面积大。 按照配电装置的安装方法,又可以分为装配式配电装置和成套式配电装置。成套配电装置分为成套变电站、SF6全封闭组合电器、高压开关柜等。变电所的电气设施总平面布置主要由屋内、外配电装置、主变压器、主控制室及辅助设施等组成。3 变电所的总体分析及主变选择3.1 变电所的总体情况分析兴化变属110kv侧户外,6kv侧户内型终端变电所。负荷分析统计计算如下:总降压站6kV侧采用单母分段供电方式,原有馈线回路段8回路、段8回路,共计负荷6000KW8=48KW。现需增加馈电回路段4回路、段4回路,共需增加负荷7000KW12=84KW.考
18、虑负荷的同时系数,则最大负荷应为:3.2 主变压器容量的选择在各级电压等级的变电站中,变压器是主要的电气设备之一。其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务,确定合理的变压器台数、容量和型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发、利用、节约并重,近期以节约为主。因此,在确保安全可靠供电的基础上,确定变压器的台数、容量和型号,提高网络的经济运行将具有明显的经济效益。根据35-110kV变电所设计规范3.1.3条规定“装有两台及以上主变压器的变电所,当断开一台时,其余主变压器的容量不应小于60的全部负荷,并应保证用户的一、二级负荷。” 1故本设计满足两个条件:两台总容
19、量;本变电所按建成后5年进行规划,预计负荷年增长率为5%,因此:式中t为规划年限,m为增长率,则: 由于单台变压器容量超过40000KVA后供电局加收增容费用过高,又为了长期规划以满足总容量要求,经综合分析研究同时兼顾公司蒸汽不足及用电高峰期电网限电的现状,经可行性研究决定新建自备热电厂,所以选择两台40000KVA变压器(2#主变原有的不变),再新建足够容量的发电机组。经计算发电机组容量为:所以,新建发电厂选择发电机组容量30MW以满足供电总容量要求。发电机选型: 型号: FW-30-2A P=30MW 6.3KV 电抗器型号: XKGL-6 3500A 14%3.3 主变压器台数的选择主变
20、台数的考虑原则:(1)对大城市郊区的一次变电所,在中、低压侧已经构成环网的情况下,以装两台主变为宜。(2)对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,设计时应考虑装三台主变压器的可能性。(3)对规划只装两台主变的变电所,其主变基础宜按大于变压器容量的12级设计,以便负荷发展时更换主变。根据35-110kV变电所设计规范3.1.2条规定“在有一、二级负荷的变电所宜装设两台及以上主变压器。1根据电力工程电气设计手册的要求,并结合本变电站的具体情况及相关要求,选用两台两绕组变压器。3.4 调压方式的选择 根据35-110kV变电所设计规范3.1.5条规定“变压器的有载调压是改善电压质量,减少电压波
21、动的有效手段,对电力系统,一般要求110kV及以下变电所至少采用一级有载调压变压器” 1 ,而本设计110kV变电所110kV及6kV侧有化工厂、变电所等重要负荷,对电能的质量和可靠性的要求较高,为保证连续供电和满足对电能质量的要求,并能随时调压,扩大调压幅度而不引起电网的波动,故应采用有载调压方式的变压器,以满足供电要求。3.5 中性点接地方式的确定 (1)在选择中性点接地方式时应考虑的主要因素1)供电可靠性与故障范围2)绝缘水平与绝缘配合3)对电力系统继电保护的影响4)对电力系特稳定的影响(2)110KV系统接地要求中性点直接接地系统主要优点是发生三相短路时,未故障相对地电压不升高,因此,
22、电网中设备各相对地绝缘水平取决于相电压,使电网的造价在绝缘方面的投资越低,当电压越高,其经济效益越明显,因此我国规定电压大于或等于110kV的系统采用中性点直接接地,本变电站为终端变,中性点是否接地,由系统决定,所以在中性点加隔离刀闸接地。本设计110kV主网电压采用中性点直接接地方式(大电流接地系统)4。(3)6KV系统接地要求我国6-35KV配电系统的中性点常用中性点不接地、中性点经消弧线圈接地或经低电阻接地三种。采用中性点不直接接地方式时,在发生单相接地故障后,仅非故障相对地电压升高而线电压对称性并未受到破坏,故允许电网带接地故障继续运行2h,所以采用中性点不接地系统。3-10KV系统,
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