电气工程及其自动化毕业论文110kv变电站电气主接线设计

电气工程及其自动化毕业论文110kv变电站电气主接线设计内容摘要：

采用单母线分段的接线 和 双母线接线 ，在采用单母线分段或双母线的 35～ 110kV 主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。 当有旁路母线时，首先宜采用分段断路兼作旁路断路器的接线。 当110kV 线路 6 回及以上， 35～ 6kV 线路 8 回及以上时，可以装设专用的旁路断路器。 110kV 侧主接线设计 （ 1） 初选方案 因本所 初期设计 2 回进线 2 回出线，最终 2 回进线 4 回出线 ，故 110kV 变电站电气主接线 可 采用单母线分段接线或单母线分段带旁路接线。 下面以这两个方案进行分析比较，确定其主接线的具体形式。 单母线分段接线如图 所示 ： 毕业设计（论文） 9 Q S 2Q S 3Q F 2Q S 1B Z 线W Ⅰ备 用 一备 用 二Q F dW ⅡB I 线 图 单母线分段接线 单母线分段带旁路接线图如图 所示 ： Q S 2Q S 1B Z 线W Ⅰ备 用 一 B I 线备 用 二Q F DQ F 1W ⅡQ S DQ S 3 Q S 4Q S 7W PQ S 5Q S 6 图 单母线分段 分段断路兼作旁路断路器的接线 （ 2）方案比较 单母线分段接线 ： 毕业设计（论文） 10 ① 当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常母线不间断供电，不致使重要用户停电。 ② 两段母线同时发生故障的机率甚小，可以不予考虑。 ③ 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。 单母线分段带旁路接线 ： ① 通过倒闸操作，可检修与旁路母线相连的任一回路的出线断路器而不停电，因固定式断路器检修时间较长，不重要负荷停电时间长。 ② 任一出线断路器故障时，通过倒闸操作，可在较短时间内恢复对该线路的供电。 进线断路器故障时，不重要负荷停电时间较长。 检修母线时，非检修段可以照常供电，并可对双回路线路通过其一回给 Ⅰ 、 Ⅱ 类负荷供电，还可通过 倒闸操作经旁路母线对检修段出线负荷最重要的一个用户继续供电。 ③ 几乎无线路全部停运的可能，若出线全部停运的情况，因固定式断路器的检修时间长，则全部停运时间长。 ④ 正常运行时， QFd 作为分段断路器工作，一段母线故障， QFd 跳开，不会影响正常段母线供电。 检修出线断路器，可以通过倒闸操作而不是切除线路。 运行方式改变时，倒闸操作繁琐，不够灵活。 ⑤ 设备少，投资少，土建工作和费用较少，可以两个方向均衡扩建。 （ 3） 方案确定 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，且具有 扩建方便的优点， 但由于断路器经过长期运行和切断次数都需要检修，为了使检修时不至于中断回路供电，故采用分段断路器兼作旁路断路器的接线方式。 综合比较，本次设计在 110kV 母线上采用单母线分段 带旁路母线 接线的形式。 10kV 侧主接线设计 （ 1）初选方案 10kV 侧出线回路数本期为 13 回，最终 15 回， 根据规程要求和本所实际情况，10kV 电气主接线 可以 采用单母线分段接线或双母线接线。 （ 2）方案比较 双母线接线 特点： ① 检修任一组母线，不会中断对用户的连续供电（利用 母联倒换操作）。 ② 一组母线故障后，该母线上的所有进出线都要停电，但能迅速恢复供电。 毕业设计（论文） 11 ③检修任一回路中的母线侧 QS，仅该回路停电，其余线路照常工作。 ④任一回路中的 QF，如拒动或因故不能操作时，可用母联代替操作。 ⑤ 在特殊需要时，可以用母联与系统进行同期或解列操作 ⑥ QS 不仅用来隔离电压，而且还用来倒换操作 ⑦ 扩建方便。 （ 3）方案确定： 10kV侧采用单母线分段接线， 供电距离短，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， 为以后的发展和扩建奠定了基础。 故采用 单母线分段接线 的接线方式 基于上述理由，再考虑到该变电站在电力系统中的地位、建设规模、负荷性质等情况， 在保证供电可靠性的前提下 ,运行灵活性、操作检修方便，节约投资，确定：110kV 接线采用单母线分段带旁路母线的接线， 10kV 接线采用单母线分段接线。 4 短路电流计算 在电力供电系统中，对电力系统危害最大的就是短路。 短路的形式可以分为三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地。 在短路电流计算过程中，以便都以最严重的 短路形式为依据。 因此，本文的短路电流计算都以三相短路为例。 在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。 短路电流计算的目的 计算短路电流的目的是为了正确选择和校 验电器设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。 为了达到上述目的，须计算出下列各短路参数 毕业设计（论文） 12 I″— 次暂态短路电流，用来 作 为继电保护的整定计算和校验断路器额定断流容量。 应采用（电力系统在最大运行方式下）继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。 ish— 三相短路冲击电流，用来检验电器和母线的动稳定。 I — 三 相短路电流有效值，用来检验电器和母线的热稳定。 S″— 次暂态三相短路容量，用来检验断路器的遮断容量和判断母线短 路容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。 短路电流计算的规定 为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素的影响，做出 以 下规定： （ 1） 所有的电源电动势相位角均相等，电流的频率相同，短路前，电力系统的电势和电流是对称的。 （ 2） 认为变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流的变化而变化。 （ 3） 输电线路的分布电容略去不计。 （ 4） 每一个电压级采用平均电压，这个规定在计算短路电流时，所造成的误差很小。 唯一例外的是电抗器，应该采用加于电抗器端 点的实际额定电压 ， 因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多，否则，误差偏大。 （ 5） 计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机、变压器、电抗器、线路等元件的电抗，因为这些元件 X/3R 时，可以略去电阻的影响。 只有在短路点总电阻大于总电阻的 1/3 时才加以考虑，此时采用 阻抗等于电抗计算。 （ 6） 短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值的影响。 有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的大容量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。 此时，电动机将变为发电机运行 状态，母线上电压低于电动机的反电势。 （ 7） 在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合并。 （ 8） 以供电电源为基准的电抗标幺值 3,可以认为电源容量为无限大容量的系统 ,短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。 短路电流计算的步骤 在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用计算曲线法。 其具体计算步骤如下： 毕业设计（论文） 13 （ 1）计算各元件电抗标幺值，并折算到同一基准容量下； （ 2） 绘制等值网络，进行网络变换 ； （ 3）选择短路点； （ 4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电 流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值； （ 5）计算短路容量，短路电流冲击值： 短路容量： IUS k  3 （ ） 短路电流冲击值 : Iish  （ ） （ 6）列出短路电流计算结果。 短路类型及其计算方法 电力系统中可能发生的几种形式的 短路 类型及其计算方法 是如下： （ 1） 三相短路电流的计算 ：  *1)3(* 1XId （ ） 其有名值为： jdd III  )3(*)3( （ ） )3(*dI — 系统中发生三相短路时，短路点的短路电流标幺值 )3(dI — 系统中发生三相短路时，短路点的短路 电流有名值 *1X — 归算到短路点的综合正序等值电抗。 以下为简便起见，省略下标 *。 （ 2） 两相短路电流的计算：  21)2( 13 XXI d （ ） 2X — 归算到短路点的负序综合电抗 )2(dI — 两相短路时短路点的全电流 其各序分量电流值为：  21)2()2(1 1 XXII dd () )2(2)2(1 , dd II — 分别为两相短路时，短路点短路电流的正负序分量 （ 3） 两相接地短路电流计算： 毕业设计（论文） 14 )1,1(120202)1,1()(13 dd IXXXXI  （ ） )1,1(dI — 两相短路接地时，短路点故障相全电流 )1,1(1dI — 两相短路接地时，短路点的正序电流分量  011)1,1(1 //1 XXXI d （ ） 200)1,1(1)1,1(2 XXXIIdd （ ） 202)1,1(1)1,1(0 XXXIIdd （ ）)1,1(0)1,1(2 , dd II — 分别为两相接地短路时的负序和零序电流分量。 （ 4） 单相接地短路电 流的计算： 短路点各序分量电流为： （ ） 短路电流计算过程 原始资料 系统供电到 110kv 母线上， 10kV 侧无电源，系统阻抗归算到 110kV 侧母线上UB=Uav, SB=100MVA. 取基准容量为： SB=100MVA， 基准电压为 UB=Uav， 又依公式：avBB USI 3 ；BBB SUX 2 ， 计算基准值如出下表所示 ： 表 变电站网络等值电路参数基准值取值 电气量 关系式 基 准 值 SB (MVA) 100 UB (kV) UB =Uav 115 IB (kA) /3b B BI S U XB ( ) BBB SUX 2 01)1(2)1(1 2 1 xxII dd 毕业设计（论文） 15 短路计算 （Ⅰ） 短路计算过程 说明：在变电站的电气设计中，短路电流计算是其中一个重要环节，在选择和校验电器设备时，需要用到短路电流。 其中一定要注意以下几点： （ 1） 接线方式：计算短路电流时式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，即最大运行方式。 （ 2） 短路种类：一般按三相短路计算，在三绕组变压器回路中单相或两相接 地短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况进行校验。 （ 3） 短路计算点的选择：短路计算点是指在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。 在该系统中分别选择了 110kV 高压侧母线 d d d , 10kV 低压侧 母线 d3， 系统等值网络图如图。