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某35KV化工用户变电站设计-自动化毕业论文

2013-07-30 01:03 某35KV化工用户变电站设计 1.概述1.1 设计依据根据课题要求给出的条件。1.2 设计原则1.2.1 要遵守的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，特别是应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。1.2.2 要根据国家规范、标准与有关规定，结合工程的不同性质不同要求，要实行资源的综合利用，要节约能源、水源，要保护环境，要节约用地并合理使用劳动力，要立足于自力更生。1.3 变电站建设的必要性及规模 为了加强某地供电可靠性，减少线路损耗，适应日益增长的负荷发展需要，35KV变电站的建成将大大提高当地整体供电能力和供电可靠性，减小供电半径，供电线损大幅下降，供电量增加，适应当地现代化建设与发展的需要，满足国民经济增长和人民生活质量提高对电力的需求。2. 主接线方案及主变台数、容量的选择2.1 主接线的设计原则 主接线的设计依据 （1）负荷大小的重要性 （2）系统备用容量大小 运行备用容量不宜少于8-10%，以适应负荷突变，机组检修和事故停运等情况的调频需要。 装有两台及以上的变压器的变电所，当其中一台事故断开时，其余主变压器的容量应保证该变电所70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷供电。 主接线的基本要求 1、可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。（1） 断路器检修时，不宜影响供电。（2） 线路、断路器或母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回数及停运时间，并能保证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。（3）尽量避免发电厂，变电所全部停运的可能性。（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。 2、灵活性 主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性 （1） 调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 （2） 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。 （3）扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停运时间最短的情况下，投入新装机组，变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作最少。 3、经济性 主接线满足可靠，灵活性要求的前提下做到经济合理。 （1） 主接线应力求简单，经节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。 （2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。 （3） 要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。 （4） 如能满足系统的安全运行及继电保护要求，35kV及其以下终端或分支变电所可采用简易电器。 （5） 占地面积少：主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。 （6） 电能损失少：经济合理地选择主变压器的种类（双绕 组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量，要避免因两次变压而增加的电能损失。2.2 35kV侧主接线的设计和论证 依据变电站的性质只可选择单母线接线一种主接线方案，下面论证其接线的得弊。 单母线接线 优点： （1）接线简单清晰、设备少、操作方便。（2）便于扩建和采用成套配电装置缺点： （1） 不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修均需使整个配电装置停电。 （2） 单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需停电，在用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复非故障段的供电。 适用范围； （1） 6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。 （2） 35-63KV配电装置的出线回路数不超过2回。 综合分析比较一览表 接线方式优缺点: 单母线接线简单清晰，设备少、投资小运行操作方便，利于扩建。但可靠性和灵活性较差。 根据具体情况，通过分析比较，接线方式采用单母线，其一次性投入少，且尚能保证变电站的安全稳定运行，利于今后负荷增长时的扩建。因此，35kV侧选择单母线的接线方式。 2.3 10kV侧主接线的设计和论证 依据变电站的性质可选择单母线接线、单母线分段接线、外桥型接线、内桥型接线、四种主接线方案，下面逐一论证其接线的得弊。 2.3.1单母线接线 优点： （1）接线简单清晰、设备少、操作方便。 （2）便于扩建和采用成套配电装置 缺点： （1） 不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修均需使整个配电装置停电。 （2）单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需停电，在用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复非故障段的供电。 适用范围； （1）6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。 2.3.2单母线分段接线 1、用隔离开关分段的单母线接线 这种界限实际上仍属不分段的单母线接线，只是将单母线截成两个分段，其间用分段隔离开关连接起来。这样做的好处是两段母线可以轮流检修，缩小了检修母线时的停电范围，即检修任一段母线时，只需断开与该段母线连接的引出线和电源回路拉开分段隔离开关，另一段母线仍可继续运行。但是，若两个电源取并列运行方式，则当某段母线故障时，所有电源开关都将自动跳闸，全部装置仍需短时停电，需待用分段隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线段的供电。可见，采用隔离开关分段的单母线接线较之不分段的单母线，可以缩小母线检修或故障时的停电范围。 2、用断路器分段的单母线接线 用隔离开关奋斗的单母线接线，虽然可以缩小母线检修或故障时的停电范围，但当母线故障时，仍会短时全停电，需待分段隔离开关拉开后，才能恢复非故障母线段的运行，这对于重要用户而言是不允许的。如采用断路器分段的单母线接线，并将重要用户采用分别接于不同母线段的双回路供电，着可克服上诉缺点。 对用断路器分段的单母线的评价为: （1）、优点 a.具有单母线接线简单、清晰、方便、经济、安全等优点。 b.较之不分段的单母线供电可靠性高，母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围缩小了一半。与用隔离开关分段的单母线接线相比，母线或母线隔离开关短路时，非故障母线段可以实现完全不停电，而后者则需短时停电。 c.运行比较灵活。分段断路器可以接通运行，也可断开运行。 d.可采用双回线路对重要用户供电。方法是将双回路分别接引在不同分段母线上。 （2）、缺点 a.任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时，连接在该分段母线上的所有进出回路都要停止工作，这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点。 b.检修任一电源或出线断路器时，该回路必须停电。这对于电压等级高的配电装置也是严要缺点。因为电压等级高的断路器检修时间较长，对用户影响甚大。 3、单母线分段带旁路母线的接线 为了在检修线路断路器时，不中断对该线路的供电，可以增设旁路设施，包括旁路开关电器和旁路母线。这种接线不宜用于进出线回路多的情况下使用。 单母线分段接线，虽然缩小了母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围，在一定程度上提高了供电可靠性，但在母线或母线隔离开关检修期间，连接在该段母线上的所有回路都将长时间停电，这一缺点，对于重要的变电站和用户是不允许的。2.3.3双母线接线 为了克服上述单母线分段接线的缺点，发展了双母线接线。按每一回路所连接的断路器数目不同，双母线接线有单断路器双母线接线、双断路器双母线接线、一台半断路器接线（因两个回路共用三台断路器，又称二分之三接线）三种基本形式。后两种又称双重连接的接线，意即一个回路与两台断路器相连接，在超高压配电装置中被日益广泛地采用。 1、单断路器双母线接线： 单断路器双母线接线器是双母线接线中最基本的接线形式。它具有两组结构相同的母线，每一回路都经一台断路器、两组隔离开关分别连接到两组母线上，两组母线之间通过母联断路器来实现联络。 双母线接线有两种运行方式，一种运行方式是一组母线工作，一组母线备用，母联断路器在正常运行时是断开的；另一种运行方式是两组母线同时工作，母联断路器在正常运行时是接通的，这时每一回路都固定连接于某一组母线上运行，故亦称固定连接运行方式。这两种运行方式在供电可靠性方面有所差异，当母线短路时，前者将短时全部停电；后者母线继电保护动作，只断开故障母线上电源回路的断路器和母联断路器，并不会使另一组母线中断工作。 单断路器双母线接线具有以下优缺点: （1）、单断路器双母线接线的优点： 双母线接线有更高的可靠性，表现在以下几方面: a.检修任一段母线时，可不中断供电，即通过倒闸操作将进出线回路都切换至其中一组母线上工作，便可检修另一组母线。 b.检修任一母线隔离开关时，只需停运该回路。 c.母线发生故障后，能迅速恢复供电。 d.线路断路器"拒动"时或不允许操作时，可经一定的操作顺序使母联断路器串入该线路代替线路断路器工作，而后用母联断路器切除核线路。 e.检修任一回路断路时，可用装接“跨条”的方法，避免该线路长期停电。 f.便于试验。在个别回路需要单独进行试验时，可将谅回路单独接至一组母线上隔离起来进行。 g.调度灵活。各个电源和出线可以任意分配到某一组母线上，因而可以灵活地适应系统中各种运行方式的调度和潮流变化。 h.扩建方便，且在扩建施工时不需停电。 由于双母线具有上述优点，被广泛用于10一220kV出线回路较多且有重要负荷的配电装置中。 （2）、单断路器双母线接线的缺点： a.接线较复杂，且在倒母线过程中把隔离开关当作操作电器使用，容易发生误操作事故。 b.工作母线短路时，在切换母线的过程中仍要短时停电。 c检修线路断路器时要中断对用户的供电，这对重要用户来说是不允许的。 d.于单母线接线相比，双母线接线的母线长，隔离开关数目倍增，这将使配电装置结构复杂，占地面积增大，投资明显增加。 双母线接线比单母线分段接线的供电可靠性高、运行灵活，但投资也明显增大，因此，只有当进出线回路数较多、母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求尽快恢复送电、母线和母线隔离开关检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求等情况下，才采用双母线接线方式。 2、双断路器双母线接线 双断路器双母线这种接线，每回路内接有两台断路器，采取双母线同时运行的方式。 双断路器双母线接线的优点是: a.任何一组母线或母线隔离开关发生故障或进行检修时都不会造成停电。 b.任何一台断路器检修时都不需停电。 c.任一电源或出线可方便地在母线上配置，运行灵活，能很好地适应调度要求，有利于系统潮流的合理分布和电力系统运行的稳定。 d.隔离开关只用于检修时隔离电源，不作为操作电器，因而减少了误操作的可能性。 双断路器双母线接线的主要缺点是投入使用的断路器大多，设备投资大，配电装置占地面积和维护工作量都相应地增大了许多，故在220KV及以下配电装置中很少采用。但随着电力系统容量的增大，输电距离的增加，出于对系统运行稳定性的考虑，这种接线在330KV及以上超高压变电站中的应用将日益广泛。 3、“一台半”断路器接线 “一台半”断路器这种接线的特点是在两组母线之间串联装设三台断路器，于两台断路器间引接一个回路，由于回路数与断路器台数之比为2：3，固称为一台半断路器接线或二分之三接线。这种接线的正常运行方式是所有断路器都接通，双母线同时工作。 "一台半"断路器接线的优点是： a. 检修任一台断路器时，都不会造成任何回路停电，也不需进行切换操。 b. 线路发生故障时，只是该回路被切除，装置的其他元件仍继续工作。 c. 当一组母线停电检修时，只需断开与其连接的断路器及隔离开关即可，任何回路都不需作切换操作。 d. 母线发生故障时，只跳开与此母线相连的断路器，任何回路都不会停电。 e.探作方便、安全。隔离开关仅作隔离电源用，不易产生误操作。断路器检修时，倒闸操作的工作量少，不必像双母线带旁路接线那样要进行复杂的操作，而是够断开待检修的断路器及其两侧隔离开关就可以了，也不需要调整更改继电保护整定值。 f.正常时两组母线和全部断路器都投入工作，每串断路器互相连接形成多环状接线供电，所以，运行调度非常灵活。 g.与双母线带旁路母线接线和双断路器双母线接线相比，"一台半"断路器接线所需的开关电器数量少，配电装置结构简单，占地面积小，投资也相应减少。 缺点就是成本高。 通过分析比较，三种接线方式中采用单母线分段较之其它两种为好，其中又以用断路器分段的单母线分段接线为最好，虽一次性地多投入，但其可靠性、灵活性比较高，能保证变电站的安全稳定运行。 由于本次设计为35kV变电站，考虑到供电可靠性和负荷增长的需要，在10kV侧采用单母线分段的接线方式。3 主变台数和容量的选择3.1 主变台数和容量的确定 1、 主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。 2、 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70-80%。 3、 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。 主变容量 SA = 6300KVA 选择主变压器的型号及容量为S7-6300/35，其技术参数如下： 型 号 容量 UN 损耗 阻 抗 电 压 空 载 电 流 连 接组 别 高 低 △P0 △PS S7-6300/35 35±2×2.5%/10.5kV Y/△-11 Ud=7%3.2 站用变台数和容量及接线的确定3.2.1 站用变台数的确定 选择1台接入35kV，另一台由外来引入备用。3.2.2 站用变容量及接线的确定 原则 选择站用变压器的型号及容量为：S7-50/35其技术参数如下：S9-50/35 35/0.4kV Y/y0-124 短路电流计算4.1 概 述4.1.1 短路电流计算的目的 短路问题是电力技术的基本问题之一。短路电流及其电动力效应和分效应，短路时的电力的降低，是电气结线方案比较，电气设备和载流导线选择、接地计算以及继电保护选择和整定等的基础。 在变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其短路电流计算的目的有以下几点： 1、 电气主接线的比选 2、 选择导体和电器 3、 确定中性点接地方式 4、 计算软导线的短路摇摆 5、 确定分裂导线间隔棒的间距 6、 验算接地装置的接触电压和跨步电压 7、 选择继电保护装置和进行整定计算4.1.2、一般规定 1、 验算导体和电器动稳定热稳定及电器开断电流，应按本规程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5-10年）。 确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 2、 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 3、 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点对带电抗器的6-10kV出线与厂用分支线回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点，应选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。 4、 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统中及自耦变压器回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。4.1.3短路点设置 短路点均设置在35kV和10kV母线上。 4.2短路电流计算 等值电路 k(3) 110kv 0.0441 0.0441 10kv 0.2219 0.2219 k(3) 110kv母线发生三相短路时容量为：2266MVA，短路电流为：11375A。 10kv母线发生三相短路时容量为：450.6MVA，短路电流为：24784A。 4.2.1 d1点短路时： 35KV母线即a点三相短路时Uj =37KV 35KV母线即a点三相短路时，最大短路电流： Idmax =1/X3 *I j=1/1.4849*100/1.732*37=1.0508KA4.2.2 d2点短路时： 10KV母线即b点三相短路时U =10.5 KV 10KV母线即b点三相短路时，最大短路电流： Idmax =1/X4 *Ij =1/2.45*100/1.732*10.5=2.245KA 5 母线和电器设备的选择5.1 母线的选择5.1.1一般原则 1、 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并应考虑远景发展 2、 应按当地环境条件校核； 3、 应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致； 4、 选择导线时应尽量减少品种； 5、 选用新产品应积极慎重。5.1.2规定 1、 在正常运行条件下，各回路的持续工作电流计算； 2、 验算导体用的短路电流计算； 1） 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。 2） 对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。 3） 对带电抗器的6——10kV出线的计算点，除其母线征收母线隔离开关前的引线和套管应选择在电抗器前外，其余应选择在电抗器之后。 3、 导体的动稳定、热稳定以及电器的开断电流、可按三相短路验算。若发电机的出口两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况验算。 4、 环境条件：选择导体时，应按当地环境条件校核。5.1.3 35kV母线桥的选择和校验 选择LQJ240满足最大工作电流的要求。 校验在a点短路条件下的热稳定：按裸导体热稳定校验公式Smin=(I∞/C)√tdz Smin—最小允许截面 C—热稳定系数5.1.4 10kV母线的选择和校验 最大持续工作电流Igmax 按一台变压器的持续工作电流即Igmax=6300/√3×10=363.74 A TMY60×6满足热稳定的要求。 动稳定的校验也满足要求。 5.2 电器的选择5.2.1 一般原则 1、 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展； 2、 应按当地环境条件校核； 3、 应力求技术先进和经济合理； 4、 与整个工程的建设标准应协调一致； 5、 同类设备应尽量减少品种； 6、 选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。5.2.2 技术条件 选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 1、 长期工作条件 （1） 电压 选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug,即Umax≥Ug （2) 电流 选用的电器额定电流I N不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig 即I N≥Ig 由于变压器短路时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。 高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。 （3） 机械负荷 所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。电器机械荷载的安全系数，由制造部门在产品制造中统一考虑。 2、 短路稳定条件 （1） 校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。 （2） 短路的热稳定条件： It2t＞Qdt Qdt—在计算时间t秒内，短路电流的热效应（kA2s） It—t秒内设备允许通过的热稳定电流时间(s) tjs = 继电器保护装置后备保护动作时间tb+断路器全分闸时间tdo（3) 短路的动稳定条件： ich≤idf Ich≤Idf ich—短路冲击电流峰值（kA） Ich—短路全电流有效值（kA） idf—电器允许的极限通过电流峰值（kA） Idf—电器允许的极限通过电流有效值（kA） 3、 绝缘水平 电器的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选用电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算选用适当的过电压保护设备。5.2.3 35kV侧断路器和隔离开关的选择 1、根据35kV短路容量MVA,短路电流A，主变压侧开关选择LW8-35六氟化硫断路器，额定电流1000A；额定开断电流25KA；灭弧室额定气压pcb 0.5Mpa。断路器， CT6-XGI 弹簧操动机构：操作电源：直流220V 5A。 2、 隔离开关：根据I1N=SN/√3U1N=6300/1.732X35=104A，应选择GW5-35G型隔离开关：额定电流600A 。5.2.410kV侧断路器和隔离开关的选择 1、10kV侧断路器的选择 据10kV短路容量MVA,短路电流A,1、2号主变10kV侧 开关和分段开关采用ZN40-10/1000型真空断路器，线路及电容器均采用ZN40-10/630真空断路器 2、10kV侧隔离开关的选择 根据I2N=SN/√3U2N=6300/1.732X10.5=346A，主变10kV侧开关和分段采用GN19-10C/1250型屋内隔离开关，10kV线路及电容器采用GN19-10C/630型屋内隔离开关。 3、电容器的选择： 根据无功补偿容量为主变容量的20％－30％原则，每段10kV母线上装设两组TBB11/√3-3000var容量的补偿电容器装置，电容器电流互感器采用LFZ-10型100/5电流互感器。 4、10kv成套配电装置的选择： GG-1A-07T、GG-1A-12、GG-1A-54型柜，分段开关柜要求CT与开关分装，分段开关与两侧刀闸要求要有可靠的机械闭锁。5.2.5 35KV及10KV侧电压互感器的选择 根据规定要求，需要在35KV及10KV侧安装电压互感器。 在实际设计中，由于只有一条进线，所以在35KV侧只安装一台电压互感器，其型号为：JCL2——35 10KV侧电压互感器按照要求应该在每段母线上各安装一台，其型号为：JSZT1——10。5.2.6 35KV及10KV侧电流互感器的选择 1、根据实际需要，应在35KV及10KV侧安装电流互感器，其选点如下： a、每台主变35KV及10KV侧各安装一组电流互感器。 b、在10KV出线侧各安装一组电流互感器。 c、35KV及10KV侧电流互感器型号的选择： d、主变35KV侧电流互感器型号为：LRD—35。 e、主变10KV侧电流互感器型号为：LMZD2—10。 f、10KV出线电流互感器型号为：LFZ—10。结束语 基于35kV化工用户变电站设计要求，本文对主接线的选择、高压设备的选择、负荷计算、短路电流计算，各种继电保护选择和整定计算皆有详细的说明。特别对主接线的选择，变压器的选择，还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择校验作了详细的说明和分析。 本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出符合当前要求的变电站。参考文献[1]熊信银.《发电厂电气部分》.水利电力出版社，1992年[2]何仰赞等.《电力系统分析》.华中理工大学电力出版社，1991年[3]贺家李等.《电力系统及电保护原理》.水利电力出版社，1992年[4]应智大.《高电压技术》.浙江大学出版社，1994年[5]雍静.《供配电技术》.机械出版社，1994年[6]苏文成等.《工厂供电》.机械工业出版社，1990年 [7]张冠生.《电器理论基础》.机械工业出版社，1991年 [8]杨有启.《电气安全规程》.北京出版社，1991年