35kV降压变电所电气部分.doc
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1、论文题目:35kV降压变电所电气部分设计学 院:机电工程学院摘要随着我国经济又好又快发展,现代工农业生产、交通运输业及城乡人民生活等许多方面对电能的广泛应用,人们对电力供应的要求越来越高,特别是安全、可靠、优质持续供电。然而电网供电是否安全、优质和经济往往取决于变电所的合理设计和配置,变电站不仅要求变电设备运行可靠和操作灵活,而且经济也要合理及扩建方便等。本设计是35kV降压变电所电气部分设计,是一个分支变电所,主要向各类企业供电,该变电所有三个电压等级,分别是110kV、35kV和10kV。设计内容主要包括变电所内的负荷计算、主变选择、主接线选择、短路电流计算、电气设备选择和校验、防雷措施、
2、变压器和输电线路保护等几大块。最后对该变电所的电气主接线图绘制。关键词35kV;降压变电所;负荷计算;电气主接线;短路电流计算 AbstractAsChineseeconomydevelopfasterandbetter,peoplesdemandsonpowersupplyisbecomingmuchhigher,especiallysafe,reliable,highqualityandsustainedsupply,withmodernindustrialandagriculturalproduction,transport,urbanandrurallivingandmuchmorea
3、spectsonthewideruseofelectricity.Yet,whetherthepowersupplyissafe,highqualityandeconomyoftendependsonthedesignofsubstationandconfiguration.Thesubstationnotonlyrequiresequipmentreliabilityandoperationalflexibilitybutalsoeconomicreasonableandconvenientextension.Thisdesignisa35kVbuckelectricalsubstation
4、design,isabranchofsubstation,anditmainlysupplieselectricitytoenterprisesofalltypes.Thesubstationhasthreevoltagelevels,namely110kVand35kVand10kV.TheDesignmainlyincludestransformerinsubstationloadcalculation,selectofmainwiring,selectionofmainwiring,shortcircuitcurrent calculation,electricalequipmentan
5、dcalibration,lightningprotection,transformersandtransmissionlinesprotectionandsoon.Finallyisonthemainsubstationofelectricalwiringdiagram.Key Words35kV; Buck substation; Load calculation; The main electrical wiring; Short-circuit current calculationI目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 变电所发展趋势11.2 变电所在电力系统中的位置2
6、1.3 变电所的分类21.4 变电所建设的重要性31.5 小结3第二章 变电所的负荷计算及主变选择42.1 负荷计算的目的42.2 负荷分析42.3 负荷计算的方法52.4 主变的选择62.5 小结8第三章 电气主接线93.1 电气主接线的基本要求93.2 电气主接线的设计原则93.3 电气主接线的方案拟定93.4 小结11第四章 短路电流的计算124.1 短路的危害124.2 短路形成的原因124.3 短路计算的目的124.4 短路电流计算的方法134.5 三相对称电流的计算134.5.1 各元件电抗的标幺值134.5.2 各短路点短路电流的计算174.6 小结19第五章 电气设备的选择与校
7、验205.1 变压器高压侧电气设备的选择与校验205.2 变压器低压侧电气设备的选择与校验225.3 10kV母线出口电气设备的选择与校验255.4 架空导线及母线截面的选择与校验275.5 防雷装置的选择295.6 小结31第六章 继电保护326.1 电力系统继电保护的作用326.2 对继电保护的基本要求326.3 变压器继电保护336.4 输电线路继电保护346.5 小结37结论38参考文献39致谢4035kV降压变电所电气部分设计第一章 绪论1.1 变电所发展趋势变电站是电力系统中不可缺少的重要环节,它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。尤其
8、是现在大容量发电机组的不断投运和超高压远距离输电和大电网的出现,使电力系统的安全控制更加复杂,如果仍依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主,依靠原来变电站的旧设备,而不进行技术改造的话,无法满足安全、稳定运行的需要,更谈不上适应现代电力系统管理模式的需求1。特别是改革开放之前,我国的变电所普遍存在一些严重问题,如一次设备可靠性不高,有时断路器会出现拒动或误动等;由于我国国土资源面积960万平方公里,电力系统无法实现在线资源共享,系统可扩展性差;以前变电所的运行和维护都需要大量用人,难免会出现人为误操作,给电力系统带来不必要的损失。基于以上原因,变电所必须从老设备向新型设备转变,如老式二极管被新
9、一代IGBT、MOSFET代替2;有人值班向无人值班变电所转变,在1992年5月1日,我国在电白县南海变电站安装了我国国产化第一座35千伏自动化无人值班变电站;交流传输向直流输出转变,在1988年建成了从葛洲坝到上海南桥的直流输电线路3。现在变电所在往无人值班、交流变直流转变,这些转变都代表着变电所的发展和未来趋势。1.直流输电的优点(1) 直流输电可节省大量有色金属、钢材、绝缘子等材料,因此线路造价低,年运行费用省;(2) 当采用交流输送功率较大、输电距离较远,发电机并列运行可能会遭到破坏,使系统不稳定。而由于直流输电由于没有电抗,就不存在系统不稳定;(3) 当用交流输电出现短路时,其短路电
10、流很大,而直流输电在出现短路时,其短路电流不超过其额定值的2倍,使短路电流得到可限制;(4) 由于直流输电通过换流器能快速调整有功功率和实现潮流翻转(功率方向不变),所以调节速度快,运行可靠4。2.无人值班变电所的特点(1) 变电所采用智能一次开关设备,实现一次设备操作控制、联锁、闭锁及与其他设备的通信;(2) 利用电子互感器,减少了二次电缆的大量使用,使二次接线由复杂变简单,不仅实现真正意义上的信息共享,而且在电力系统出现短路时,极大减少了现场的维护工作量;(3) 通过设置一个能实现集控中心的远程监控和操作方便、稳定性好、可靠性好的自动化监控系统,实现传统系统不具有的优势;(4) 为实现无人
11、值班运行模式和减少或取消现场设备巡视功能,采用智能交直流一体化电源系统5。1.2 变电所在电力系统中的位置电力工业是国民经济发展的基础工业和先行工业,为国民经济快速、稳定发展提供足够的动力,其发展水平可以说是反映国家经济发展水平的重要标志之一,变电所作为电力系统的重要组成部分,在电力系统中发挥着不可替代的作用,电力系统是由四大元件组成,即发电机、变压器、电力线路和负荷,旨在生产、传输、分配和消费电能的各种电气设备按一定方式连成的整体6。电能是发展国民经济的基础,是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电,几乎是在同一瞬间完成的,须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求
12、,电力工业必须超前发展,这是世界电力行业发展规律,因此,做好电力规划,加强电网建设,就尤为重要。随着国民经济的快速发展和现代工业建设的不断推进,对电力系统的要求也在不断提高,因此对于电力系统的重要组成部分变电所需求也日益剧增,变电所也随之而产生。因为只有这样才能满足不断增长的用电负荷要求,以及适应复杂多变的用电环境。而变电所作为电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行,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7。对其进行设计势在必行,合理的变电所不仅能充分地满足当地的供电需求,还能有效地减少投资和资源浪费。1.3 变电所的分类根据变电所在电力系统的地位和作用
13、可以将变电所分为:枢纽变电所、中间变电所、分支变电所和终端变电所8。由于该变电所是降压供电给附近用户或企业,且电压等级为35kV,所以本变电所为分支变电所。1.4 变电所建设的重要性为了加强企业供电的可靠性,减少线路损耗,适应日益增长的负荷发展需要,设计了一个35kV降压变电所,该变电所有三个电源,分别为110kV系统变电所、110kV火电厂和35kV系统变电所。该变电所靠近负荷中心,其主要供电对象是各类企业,这样变电所设计不仅减小了供电半径、供电线路损耗大幅下降和供电量增加,而且适应现代化建设与发展的需要,有利于企业的经济发展。1.5 小结变电所是联系各类电厂和用户的中间环节,起着变换、分配
14、电能的作用,是电力系统中的重要组成部分。根据变电所在电力系统的位置和作用可以将变电所分为枢纽变电所、中间变电所、分支变电所和终端变电所。出于对供电电能的可靠性、优质、经济和环保考虑,以后变电所从有人值班到无人值班、交流输电到直流输电的转变。第二章 变电所的负荷计算及主变选择由于用电设备在同一个时间不同时运行,所以电力负荷是随时间变化的,即使用电设备在同一个时间同时运行,其用电设备不是都能达到额定容量。再加上用电设备的工作制不同,有连续、短时和断续周期工作制之分,所以变电所的负荷计算尤其十分重要。本章主要针对变电所的负荷做了计算和对主变做了选择。2.1 负荷计算的目的计算负荷又称需要负荷或最大负
15、荷,是通过负荷的统计计算求出的、用以按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值9。按照计算负荷选择的电气设备和导线电缆其发热温度不会超过允许值。计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理,直接影响到电气设备(变压器、开关)和导线电缆的选择是否经济合理。负荷计算过小,又将使电气设备和导线电缆处于过负荷运行,不只增加了电能损耗,轻者是线路和配电设备寿命降低,重者影响供电系统的安全运行。如果计算负荷过大,将使电气设备和导线电缆的选得过大,增加投资和造成有色金属的浪费。因此正确进行计算负荷是必要的,它是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。2.2 负荷分析1.一类负荷一类负荷是指突然中断供电
16、将造成人身伤亡或引起周围环境的严重污染,造成经济上的巨大损失。如重大设备损失、重要产品或重要原料生产的大量报废等。对于一类负荷的用电设备,必须有两个及其以上的独立电源供电,当一个电源出现故障时,另一个电源能正常供电,除了上述两个电源外,还必须增设应急电源。该变电所35kV侧一类负荷有三个,分别是化工厂、铝厂和水厂;10kV侧一类负荷有两个,分别是电台和纺织厂。2.二类负荷二类负荷是指突然中断供电会造成经济上的较大损失。如主要设备损坏,产品大量报废或减产等。应有两个电源,即应由两回线路供电,供电变压器亦应有两台。该变电所35kV侧一类负荷有塘源变;10kV侧一类负荷有两个,分别是木材厂和齿轮厂。
17、3.三类负荷三类负荷是指不属于以上一类和二类负荷的其它用电负荷。对于这类负荷。供电所造成的损失不大或者不会直接造成经济损失。对供电没有特殊要求,允许长时间停电,采用单回线供电。该变电所35kV侧一类负荷有塘源变;10kV侧一类负荷有三个,分别是机械厂、自行车厂和食品加工厂。2.3 负荷计算的方法用电设备组计算负荷的确定,在工程上常用三种方法,分别是需要系数法、二项式法和估算法10。1.需要系数法需要系数是负荷计算的一个十分重要方法,其数据直接影响到负荷的计算结果,对变压器容量选择至关重要,因为需要系数的选择不同,变压器容量可能相差一个等级或几个等级。虽然在各种设计手册上都有数据的值,但是表述比
18、较笼统、模糊,其值有波动,有一些不尽合理的地方。需要系数的大小要综合考虑用电设备的负荷状态、工作制和该类设备的同时工作几率(负荷同期率)等方面的因素。通常是根据经验统计后取平均值。当用电设备台数较多、各台设备容量相差不甚悬殊时,通常采用需要系数法。这种方法比较简便,应用广泛,特别是变电所的负荷计算。2.二项式法二项式法的基本公式为: (2-1)式中 用电设备组设备的总容量;设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷; b,c二项式系数。对于设备容量偏差比较大,最大设备容量比较突出的设备组,采用二项式系数法比较合适。这种负荷计算过程复杂,但是计算结果比较接近实际。3.估算法电力负荷估算公
19、式为: (2-2)式中 计算负荷(kVA);同时系数,一般取,当输电线在三回以下时,;线损率,;平均功率因数,;有功计算负荷。由于任务书中没有给出需要系数,且该厂企业负荷较大,所以采用估算法计算该厂的计算负荷。具体计算如下35kV侧:10kV侧:由于本变电所自用负荷S=60kVA,所以该变电所总计算负荷为:2.4 主变的选择电力变压器是变电所中最关键的一次设备,其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低,以利于电能的合理输送、分配和使用。正确合理地选择主变压器的台数、容量和类型是电力系统规划和具体变电所主接线设计中的一个主要问题。电力变压器可分为升压变压器和降压变压器。本设计是35kV降压变电所
20、部分设计,所以要选择降压变压器。以下针对本次设计变电所中变压器的台数、容量和类型做了选择。1.主变压器台数选择的原则(1) 满足用电负荷供电可靠性的要求,对有一、二类重要负荷供电的变电所,应装设两台主变压器,以便一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一、二类负荷继续供电。对于只有二类负荷以下供电的变电所,只选用一台主变压器。(2) 对于负荷波动较大,采取经济运行方式的变电所,可装设两台主变压器。(3) 在确定主变压器台数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的余地。根据主变压器台数选择的原理,本设计35kV侧负荷较大,波动也大,考虑到一台变压器发生故障或检修的情况,为了保证对下级负荷可靠持续
21、供电,本设计变电所采用两台变压器并列运行。2.主变压器容量选择的原理(1) 只有一台主变压器的变电所,选择主变压器额定容量应大于总视在计算容量,即 (2-3)(2) 对于装有两台主变压器的变电所,每台主变压器容量应满足以下两个条件。 任一台变压器单独运行时,应满足总计算负荷的60%70%的需要,即 (2-4) 任一台变压器单独运行时,应满足全部一、二类负荷的需要,即 (2-5)(3) 应适当考虑今后510年电力负荷增长,留有一定余地,同时可考虑变压器一定的正常过负荷能力。由于该变电所总视在计算容量为,选用三相油浸式风冷铝导线SFL1-31500/38.5kV型电力变压器,具体参数如下:,。在本
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