110kv智能变电站设计-电气工程及其自动化专业毕业设计

110kv智能变电站设计-电气工程及其自动化专业毕业设计内容摘要：

方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路 — 变压器组或桥型接线等。 若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。 在 110— 220kv 配电装置中，当出线为 2 回时，一般采用桥型接线，当出线不超过 4 回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当 110— 220kv 出线在 4 回及以上时，一般采用双母线接线。 在大容量变电站中，为了限制 6— 10kv 出线上的短路电流，一般可采用下列措施： 1. 变压器分列运行 2. 在变压器回路中装置分裂电抗器。 3. 采用低压侧为分裂绕组的变压器。 4. 出线上装设电抗器。 (2)断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。 13 (3)为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。 当缺乏足够 的资料时，可采取下列数据： 1. 最小负荷为最大负荷的 60— 70%，如主要农业负荷时则取 20— 30%； 2. 负荷同时率取 — ，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取 — 1； 3. 功率因数 一般取 ；４ . 线损平均取 5%。 电气主接线设计步骤 （ 1）分析原始资料 1. 本工程情况 包括变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。 2. 电力系统状况 包括电力系统近期及远景规划（ 5— 10 年），变电站在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。 主变压器中性点接地方式是一个综合问题，他与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主 变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。 我国一般对 35kv 及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电流接地系统，对 110kv 就以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，有称大电流接地系统。 3. 负荷情况 包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。 电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。 对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电 厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间（ 5— 10年）的检验。 4. 环境条件 14 包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响，特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差较大，应予以重视。 5. 设备制造情况 这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等质量汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可靠性。 （ 2） 主接线方案的拟定与选择 根据设 计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案（近期和远景）。 依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留 2— 3个技术上相当，有能满足任务书要求的方案，再进行经济比较，结合最新技术，最终确定出在技术上合理、经济山可行的最终方案。 （ 3）短路电流计算和主要电气设备选择 对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。 （ 4）绘制电气主接线 对最终确定的电气主接线，按照要求，绘图。 电气主接线的基本形式 主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种接线方式，它以电源和出线为主体。 由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同。 且各回馈线中所传输的容量也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，再进出线较多（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。 而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂和变电站。 有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类， 无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。 15 电气主接线选择 依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，高压侧有 4 回出线，其中两回备用，宜采用双母线接线 或单母线分段接线 ，中压侧有 6 回出线，其中两回备用，可以采用双母线接线、单母线分段接线方式，低压侧有 11 回出线，其中两回备用，可以采用单母线分段 、 单母线分段带旁路母线的接线方式，经过分析、综合、组合和比较，提出三种方案： 方案一： 110kv 侧采用双母线接线方式， 35kv 侧采用双母线接线方式， 10kv 侧采用单母线分段接线方式。 110kv 侧采用双母线接线方式，优点是运行方式灵活，检修母线时不中断供电，任一组母线故障时仅短时停电，可靠性高。 缺点是，操作复杂，容易出现误操作，检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电，任一母线故障仍会短时停电，结构复杂，占地面积大，投资大。 10kv 侧采用单母线分段接线方式，供给市区工业与生活用电，由于一级负荷占 25%左右，二级负荷占 30%左右，一级和二级负荷占55%左右，采用单母线分段接线方式，优点是接线简单清晰，操作方便，造价低，扩展性好，缺点是可靠性灵活性差。 方案一主接线图如下 ： 16 图 3— 1 方案一主接线图 方案二： 110kv 侧采用双母线接线方式， 35kv 侧采用单母线分段带旁路母线接线方式， 10kv 侧采用单母线分段接线方式 17 35kv 侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，优点是，检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，和单母线分段接线方式相比，可靠性提高，灵活性增加，缺点是，增设旁路母线后，配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关的数目，接线复杂，投资增大。 方案二的主接线图如下： 图 3— 2 方案二主接线图 方案三： 110kv 侧采用双母线接线方式， 35kv 侧采用单母线分段带旁路 母线接线方式， 10kv 侧采用单母线分段带旁路母线接线方式 方案三的主接线图如下： 18 图 3— 3 方案三主接线图 对于上述三种方案综合考虑： 110kv 侧采用双母线接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求，对于 35kv 及10kv 侧，一级负荷占 30%左右，二级负荷占 40%左右，因此采用单母线分段带旁路母线接线方式，以提高可靠性。 综合各种因素，宜采用第三种方案。 19 4 变电站主变压器选择 主变压器的选择：再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。 主变压器的选择 主变压器台数的选择 在变电站设计过程中，一般需要装设两台主变压器，防止其中一台出现故障或检修时中断对用户的供电。 对 110kv 及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器， 对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设 2— 4台主变压器，以便减小单台容量。 因此，在本次设计中装设两台主变压器。 主变压器容量的选择 主变容量一般按变电所建成后 5～ 10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期 10～ 20年的负荷发展。 对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。 对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足 60%（ 220kV 及以上电压等级的变电所应满足 70%）的全部最大综合计算负荷， 以及满足全部 I类负荷 S 和大部分 II 类负荷 S (220kV 及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部 I 类负荷 S 和 II 类负荷 S )，即   SSSSS NN ）和（）（ 1n)(1n m a x （ 41） 最大综合计算负荷的计算： %)1(c os1 ma xtma x   mi iiPKS （ 42） 20 式中， imaxP — 各出线的远景最大负荷； m — 出线回路数； icos — 各出线的自然功率因数； tK — 同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小一般在 ～ 之 间； % — 线损率，取 5%。 因此， 由原始材料可得， 35kv 侧： M V AS )(1  10kv 侧： 则总的负荷为： M V ASSS 总 取 tK =，则 ： M V AS ax 3 5 .0 54 9  则 ， M V ASS N m a x  因此主变容量为 ： MVAS N  主变压器型号的选择 变压器有单相变压器组和三相变压器组。 在 330kv 及以下的发电厂和变电站中，一般选择三相变压器。 单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高。 只有受变压器的制造和运输条件的限制时，才考虑采用单相变压器组，因此在本次设计中采用三相变压器组。 MV AS   21 ： 在具有三种电压等级的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该 变压器容量的 15%以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所内需要装无功补偿设备时，主变压器宜选用 三绕组变压器。 ： 变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。 电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。 高压绕组为星形联结时，用符号 Y表示，如果将中性点引出则用ＹＮ表示，对于中＼低压绕组则用ｙ及ｙｎ表示；高压绕组为三角形联结时，用符号Ｄ表示，低压绕组用ｄ表示。 三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，而采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系统时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压的峰值增大，危害变压器的绝缘，还会对通信设备产生干扰，并对继电保护 整定的准确性和灵敏度有影响。 主变压器选择结果 根据以上计算和分析结果，查《发电厂电气主系统》可得，选择的主变压器型号为： SFSZ925000/110。 主要技术参数如下： 额定容量： 25000kVA 额定电压：高压 — 110177。 8 %（ kv）；中压 — 177。 2 %（ kv）；低压 — （ kv） 连接组别： YN/yn0/d11 空载损耗： （ kw） 短路损耗： 空载电流： % 阻抗电压（ %）：高中 : %)21( SU ；中低 %)32( SU ；高低 %)13( SU 且选择 SFSZ925000/110 型变压器两台 22 5 短路电流计算 短路的危害 （ 1） 通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。 短路电流计算的目的 在变电站的设计中， 短路计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下一个方面： （ 1） 电气主接线的比较 （ 2） 选择、检验导体和设备 （ 3） 在设计屋外髙型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离 （ 4） 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 短路电流计算方法 在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。 电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。 为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主。 三相短路用文字符号 k 表示。 在计算电路图上，将短路所考虑的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要 23 选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。 在等效电路图上，只需将被 计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，由于将电力系统当做有限大容量电源，短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出求等效总阻抗，在换算成计算电抗，根据计算曲线查出短路电流标幺值，在换算成有名值。 短路电流计算 确定短路点：在本次设计过程中，为了方便选择电气设备及校验，选取的短路点为110kv， 35kv 及 10kv 母线。 原电路为： 1S =200MV Sx1= 110KV 1200MVA 甲交 Sx2= L2 L1 30240 L3 12150 25185 L4 110KV 2（ 80240 ） 图 51 首先计算电路的参数：选取 MVASB 100 ， AVB UU  等值电路如下： ~ ~ FS 市变 24 图 52 三相变压器：    %% )32()13()21(2111   SSSSS UUUUU     %% )13()32()21(2212   SSSSS UUUUU     %% )21()13()32(2313   SSSSS UUUUU。