变电所电气主接线设计毕业论文.docx

变电所电气主接线设计毕业论文毕业论文设计论文题目变电所电气主接线设计学院专业年级姓名学号指导老师职称毕业设计评阅书题目变电所电气主接线设计系电气工程及其自动化专业姓名设计时间年月日年月日评阅意见成绩指导教师签字职务201年月日大学学院毕业设计答辩记录卡电气工程及其自动化专业姓名答辩内容问题摘要评议情况签名成绩评定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注评定成绩为100分制指导教师为30答辩组为70摘要本设计的主要内容包括1004kV变电所主变压器选择变电所电气主接线设计短路电流计算负荷计算无功功率补偿电气设备选择母线高压断路器隔离开关电流互感器电压互感器避雷器和补偿电容器配电装置设计继电保护规划设计防雷保护设计等根据电气主线设计应满足可靠性灵活性经济性的要求本变电所电气主接线的高压侧采用单母线接线低压侧采用单母线分段的电气主接线形式对低压侧负荷的统计计算采用需要系数法为减少无功损耗提高电能的利用率本设计进行了无功功率补偿设计使功率因数从069提高到09短路电流的计算包括短路点的选择及其具体数值计算而电气设备选择采用了按额定电流选择按短路电流计算的结果进行校验的方法继电保护设计主要是对变压器进行电流速断保护和过电流保护的设计计算配电装置采用成套配电装置本变电所采用避雷针防直击雷保护本设计十分注重运用我国电气设计的新技术和新的设备实用性及强考虑到是实际工程的应用便以通俗易懂的语言进行阐述关键词变电所设计电气主接线继电保护经济的迅速发展科学技术的不断进步促使社会中各行各业都在不断地发展壮大特别是各种高新尖精的技术应用而所有的一切都离不开电而电的中枢变电所更是必不可少起到至关重要的作用电是一个广义的范畴伴随负荷的不同对电的要求也会随之改变10kV的变电所应用较为广泛其涉及工业农业等诸多领域所以说对10kV变电所的设计具有十分重要的意义此设计的题目是针对10kV变电所进行的扩大初步设计在设计伊始在工程技术人员的陪同下对变电所进行了参观学习并把所设计的有关内容做了整体的记录参观过程中通过技术人员的指导和结合自身的实际情况选择变电所的高低压部分设计这部分设计相信对自己将来的工作也会有很大的帮助本设计按照以下的步骤进行首先依照主接线的特点选择各个电压等级的接线方式进行综合比较选择最佳接线方式其次进行短路电流计算根据短路点计算三相短路稳态电流和冲击电流再次根据所选电气元件结合实际绘制设计图纸包括主接线图二次回路图等最后进行校验以上是理论知识的体现而更中要的一点是在设计中培养自己运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神增强工程观在设计过程中主要立足于应用所学基本理论和专业知识大胆地运用新理论新技术去分析解决实际问题以便更好地适应工作的需要了解整个设计的目的内容和基本要求进行设计的资料推备资料准备主要通过查阅包括上网查问文献资料和参加生产实习两条渠道进行此设计充分吸收专业理论知识考虑自己毕业设计的选题方向有目的有计划地查阅与选题方向有关的文献资料特别是在参加生产实习的过程中有意识地搜集生产过程及新技术新设备改革新成果的应用等方面资料这也是为毕业设计课题收集资料的最重要途径选定题目后应再有针对性地查阅一些资料最后对所有收集的资料进行整理并对其进行完善对于一个完整的设计而言文字与图纸并存文字的详细叙述使内容丰富而图纸则一目了然1第章毕业设计概述毕业设计题目大学学院综合教学楼变电所扩大初步设计毕业设计目的本设计是针对变电所进行的扩大初步设计设计中涉及发电厂电气部分电力系统分析电力系统继电保护等课程有关内容通过设计培养学生综合运用所学知识分析解决本专业领域工程技术问题的能力培养学生独立自学能力使学生受到工程师的基本训练即工程设计和科学研究的初步能力包括调查研究搜集资料含文献检索方案论证技术方案的计划与实施理论分析设计和计算撰写学术论文或设计说明书等的能力13毕业设计内容主变压器选择变电所电气主接线设计短路电流计算电气设备选择母线高压断路器隔离开关电流互感器电压互感器避雷器和补偿电容器配电装置设计继电保护设计防雷保护设计绘制电气主接线图绘制配电装置平面图及直击雷保护范围图进行10kV变电所扩大初步设计完成任务书中的全部内容绘制变电所电气主接线图绘制配电装置平面图及直击雷保护范围图毕业设计说明书按统一格式打印装订成册说明书文字在15万字以上语言通顺简练图表画法符合国家标准完成与设计有关的英文资料翻译2第章主变压器选择在发电厂和变电站中用来向电力系统或用户输送功率的变压器称为主变压器在输配电系统中变压器起到桥梁作用变压器是借助电磁感应原理以相同的频率交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器41变电所变压器容量台数型号选择变压器容量变压器空载运行时需用较大的无功功率这些无功功率需由供电系统供给变压器容量如选的过大不但增加投资而且使变压器长期处于轻载运行出现大马拉小车现象使空载的损耗增加功率因数降低网络损耗增加若容量选的小会使变压器长期过负载易损坏设备变压器的最佳负载率在4070之间负载过高损耗明显增加另一方面由于变压器容量裕度小负载稍有增长便需要增容更换大容量的变压器势必增加投资且影响供电总之选择变压器的容量要以现有的负荷为依据按照510年的发展计划来确定按照辽宁工学院综合楼变电所的设计选用的变压器容量为1000kVA412主变压器台数和型号1台数变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择要由负荷大小对供电的可靠性和电能质量的要求来决定并兼顾节约电能降低运行造价维护设备等因素确定变压器台数应综合考虑进行认真的技术经济比较按负荷的等级和大小来说对于带一二级负荷的变电所当一二级负荷较多时应选两台或两台以上变压器如只有少量的一二级负荷并能从相邻的变电所取得低压备用电源可以只采用一台变压器对于像辽宁工学院综合楼来说主要负荷是二三类负荷二级负荷主要是消防电梯应急照明等负荷而三级负荷主要是电力设备和普通照明根据需要拟装设两台变压器2型号主变压器的型号选择主要考虑以下因素1变电所的所址选择2建筑物的防火等级3建筑物的使用功能4主要用电设备对供电的要求5当地供电部门对变电所3的管理体制等设置在一类高低压主体建筑中的变压器应选择干式气体绝缘或非可燃性液体绝缘的变压器二类高低压主体建筑也宜如此否则应采取相应的防火措施主变压器安装在地下时根据消防要求不得选用可燃性油变压器地下层一般比较潮湿通风条件不好也不宜选用空气绝缘的干式变压器而宜采用环氧树脂浇注型或者六氟化硫型变压器综合所述结合校的具体情况选型为SCB9100010KV变压器413主变压器确定位于辽宁工学院综合楼地下变电所的主变压器型号为环氧树脂浇注型其技术参数如表21所示表41SCB9100010变压器技术参数型号额定容量KVA额定电压kV空载损耗W负载损耗W短路阻抗空载电流变压器连接组高压低压SCB91000101000105041660855061042干式变压器的结构为了确保供电安全迫切需要即可深入负荷中心又无燃烧危险的变压器而当今随着社会进步干式变压器得到了广泛的应用根据国家标准干式变压器定义所谓干式变压器就是指铁心和绕组不浸入液体中的变压器干式变压器的结构与油浸式变压器的差别不大采用晶粒取向电工钢片轭和柱采用全斜接缝心柱用钢带或自干型绝缘粘带绑扎也有用粘结剂将铁心胶合铁心为防止因凝结而引起锈蚀在铁心表面涂有耐热的防锈覆盖漆或树脂容量较大时铁芯中要有气道气道尺寸为1520mm而干式变压器的绕组材料是铜箔或铝箔有时也采用铜线绕制而低压线圈1000V及以下用铜箔或铝箔与预浸环氧树脂的绝缘材料紧密绕制采用缠绕玻璃纤维加强树脂包封经过工艺处理后使高低压线圈各自成为一个坚固的整体不但具有很强的承受短路能力而且经过冷热循环试验证明了线圈具有耐潮耐裂阻燃和自熄功能由于干式变压器的适用材料不同其绝缘等级也不同绝缘材料等级与绝缘材料最高允许温度见表42表42绝缘等级与最高允许温度绝缘等级YAEBFHC4绝缘材料最高允许温度9510512013015518022043干式变压器的特点占地面积小不必单独建设变压器室它可以和10kV的高压柜380220V的低压配电柜装在一个室内运行维修量小具有耐热防尘耐潮的特点适合于安装负荷中心对系统经济运行节电起到了一定作用损耗小噪声小绝缘性好局部放电量小耐雷电冲击力强机械强度高抗温度变化抗短路能力强价格昂贵寿命期后不易回收污染环境44干式变压器的使用注意事项干式变压器选择不同的外壳是由所处的环境和防护要求而定干式变压器绕组的绝缘很大程度影响变压器的安全和使用寿命自然空气冷却和强迫空气冷却4干式变压器的过载能力与环境温度载前的负荷情况变压器的绝缘散热情况和发热时间常数有关5第章变电所电气主接线电气主接线是由高压电器通过连接线按其功能要求组成接受和分配电能的电路成为传输强电流高电压的网络故又称为一次接线或电气主系统用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图称为主接线电路图电气主接线是变电所电气设计的首要部分也是构成电力系统的首要环节对电气主接线的基本要求概括地说应包括电力系统整体及变电所本身运行的可靠性灵活性和经济性51对电气主接线的基本要求和原则511电气主接线的基本要求1可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作以保证对用户不间断的供电衡量可靠性的客观标准是运行实践经过长期运行实践的考验对变电所采用的主接线经过优选现今采用主接线的类型并不多主接线的可靠性不仅要考虑次设备对供电可靠性的影响还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响同时可靠性不是绝对的而是相对的一种主接线对某些变电所是可靠的而对另一些变电所可能是不可靠的2灵活性主接线的灵活性有以下几方面要求1调度要求可以灵活的投入和切除变压器线路调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式下检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求2检修要求可以方便的停运断路器母线及其继电保护设备进行安全检修且不致影响对用户的供电3扩建要求可以容易的从初期过渡到终期接线使在扩建时无论一次和二次设备改建量最小3经济性经济性主要是投资省占地面积小能量损失小512电气主接线的原则1考虑变电所在电力系统中的地位和作用变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素变电所不管是枢纽变电所地区变电所终端变电所企业变电所还是分支变电所由于它们在电力系统中的地位和作用不同对主接线的可靠性灵活性经济性的要求也不同2考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据510年电力系统发展规划进行应根据负荷的大小和分布6负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布并分析各种可能的运行方式来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数3考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级负荷必须有两个独立电源供电且当一个电源失去后应保证全部一级负荷不间断供电对二级负荷一般要有两个电源供电且当一个电源失去后能保证大部分二级负荷供电三级负荷一般只需一个电源供电4考虑主变台数对主接线的影响变电所主变的容量和台数对变电所主接线的选择将产生直接的影响通常对大型变电所由于其传输容量大对供电可靠性要求高因此其对主接线的可靠性灵活性的要求也高而容量小的变电所其传输容量小对主接线的可靠性灵活性要求低52电气主接线设计程序1电气主接线的设计程序电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计即按照工程基本建设程序历经可行性研究阶段初步设计阶段技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段在各阶段中随要求任务的不同其深度广度也有所差异但总的设计思路方法和步骤相同1对原始资料进行分析具体内容如下1本工程情况主要包括变电所类型设计规划容量变压器容量及台数运行方式等2电力系统情况电力系统近期及远景发展规划510年变电所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规划与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等3负荷情况负荷的性质及地理位置电压等级出线回路数及输送容量等电力负荷在原始资料中虽已提供但设计时应该认真地辩证地分析因为负荷的发展和增长速度受政治经济工业水平和自然条件等方面影响如果设计时只依据负荷计划数字而投产时实际负荷小了就等于积压资金否则电量供应不足就会影响其他工业的发展4环境条件当地的气温湿度覆冰污秽风向水文地质海拔地震等因素对主接线中电器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甚大应子以重视对重型设备的运输条件也应充分考虑5设备制造情况为使所设计的主接线具有可行性必须对各主要电器的性能制造能力和供货情况价格等资料汇集并分析比较保证设计的先进性经济性和可行性2拟定主接线方案根据设计任务书的要求在原始资料分析的基础上可拟定若干个主接线方案因为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考虑的不同会出现多种接线方案近期和远期应依据对主接线的基本要求从技术上论证各方案的优缺点淘汰一些明显不合理的方案最终保留23个技术上相当又都能满足任务书要求的方案再进行可靠性定量分析计算比较最后获得技术合理经济可行的主接线方案3主接线经济比较4短路电流计算对拟定的电气主接线为了选择合理的电器需进行短路电流计算5电器设备的选择6绘制电气主接线图及其他必要的图纸77工程概算包括主要设备器材费安装工程费其他费用53主接线设计主接线的基本形式就是主要电气设备常用的几种形式分为两大类有汇流母线的接线形式无汇流母线的接线形式变电所电气主接线的基本环节是电源变压器母线和出线馈线各个变电所的出线回路数和电源数不同且每路馈线所传输的功率也不一样在进出线数较多时一般超过4回为便于电能的汇集和分配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但有母线后配电装置占地面积较大使用断路器等设备增多无汇流母线的接线使用开关电器较少占地面积小但只适用于进出线回路少不再扩建和发展的变电所有汇流母线的接线形式主要有单母线接线和双母线接线设计中仅以单母线接线为例一单母线接线图51单母线接线如图51所示单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上供电电源是变压器或高压进线回路母线既可以保证电源并列工作又能使任一条出线回路都可以从电源l或2获得电能每条引出线回路中部装有断路器和隔离开关靠近母线侧的隔离开关QS2称作母线隔离开关靠近线路侧的QS3称为线路隔离开关在实际变电所中通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀闸由于断路器具有开合电路的专用灭弧装置可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流故用来作为接通或切断电路的控制电器隔离开关没有灭弧装置其开合电流能力极低只能于设备停运后退出工作时断开电路保证与带电部分隔离起着隔离电压的作用所以同一回路中在断路器可能出现电源的一侧或两侧均应配置隔离开关以便检修断路器时隔离电源若馈线的用户侧没有电源时断路器通往用户则可以不装设线路隔离开关但如果费用不大为了防止过电压的侵入也可以装设同一回路中串8接的隔离开关和断路器在运行操作时必须严格遵守下列操作顺序如对馈线送电时须先合上隔离开关QS2和QS3再投入断路器QF2如欲停止对其供电须先断开QF2然后再断开QS3和QS2为了防止误操作除严格按照操作规程实行操作票制度外还应在隔离开关和相应的断路器之间加装电磁闭锁机械闭锁接地开关又称接地刀间QS4是在检修电路和设备时合上取代安全接地线的作用当电压在110kV及以上时断路器两侧的隔离开关扣线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关对35kV及以上的母线在每段母线上亦应设置12组接地开关或接地器以保证电器和母线检修时的安全1单母线接线的优缺点优点接线简单清晰设备少操作方便便于扩建和采用成套配电装置缺点灵活性和可靠性差当母线或母线隔离开关故障或检修时必须断开它所连接的电源与之相连的所有电力装置在整个检修期间均而停止工作此外在出线断路器检修期间必须停止该回路的供电2单母线接线的适用范围一般适用于一台主变压器的以下两种情况1610kV配电装置的出线回路数不超过5回23566kV配电装置的出线回路数不超过3回二单母线分段接线为了克服一般单母线接线存在的缺点提高它的供电可靠性和灵活性可以把单母线分成几段在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关每段母线上均接有电源和出线回路便成为单母线分段接线如图52所示1单母线分段接线的优缺点优点用断路器把母线分段后对重要用户可以从不同段引出两个回路有两个电源供电当一证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电缺点当一段母线或母线隔离开关故障或检修时该段母线的回路都要在检修期间内停电当出线为双回路时常使架空线路出现交叉跨越扩建时需向两个方向均衡扩建2适用范围16一10kV配电装置出线回路数为6回及以上时23566kV配电装置出线回路数为48回时9图52单母线分段接线现阶段最常用的接线形式有两种单母线接线和单母线分段接线依据辽宁工学院变电所中实际情况的了解以及对单母线接线和单母线分段的比较并且从经济性可靠性灵活性三个方面的对比选择单母线接线方式辽宁工学院变电所为终端变电所高压为10kV低压为04kV这在主接线的选择上确定了范围根据510年的发展计划设计并依据辽宁工学院的供电情况拟装设两台主变压器110kV主接线根据设计要求及综合考虑10kV侧两条铜电缆一条运行一条备用两条电缆的各种参数均相同来自供电中心的高压电经隔离开关调相机电流互感器接到母线上而后经隔离开关计量柜进入母线接到两台变压器上其间由隔离开关和断路器分离如附录204kV主接线所谓04kV是一种电压等级按正常工作需用380kV10kV高压经过变压器降压后为04kV等级低压经过隔离开关电流互感器高压断路器接到母线上而后经过隔离开关仪表通过低压母线接到降压变压器母线上两台变压器低压分别带有不同的负荷这是04kV如附录所示10第章短路计算选择电气设备整定继电保护确定电气主接线方案考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的所谓短路是指不同电位导电部分之间的不正常短接既有相与相之间导体的金属性短接或者经小阻抗的短接也有中性点直接接地系统或三相四线制系统中单相或多相接地或接中性线61短路概述电力系统的状态有三种正常运行状态不正常运行状态短路故障在电气设计和运行中不仅要考虑系统正常运行状态而且要考虑它发生故障时的情况最严重的故障是电路乃至系统发生短路电力系统正常运行时其相与相之间中性点接地系统的中性线与相线之间都是通过负荷或阻抗连接的62造成短路原因电力系统发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘被损坏绝缘损坏大多是由于未及时发现和消除设备的缺陷以及设计制造安装和运行不当所致如由于设备长期运行绝缘自然老化或由于设备本身绝缘强度不够而被正常电压击穿设备绝缘正常而被内部人员违反操作规程和安全规程造成误操作而引发短路电力系统的其他某些故障也可能导致短路如输电线路断线和倒杆事故等此外飞禽及小动物跨接裸导体老鼠咬坏设备导线的绝缘都可能造成短路63短路危害1电力系统发生短路时网络总阻抗减小很多短路回路中的短路电流可能超过该回路的正常工作电流十几倍甚至几十倍如610kV的大容量装置短路电流可达到几万甚至几十万安2选的各种电气设备应有足够的热稳定度3短路电流通过导体时同时也使导体受到很大的电动力作用使导体发生变形甚至损坏因此电气装置中所选的各种电气设备还应有足够的电动机械稳定度4短路必将造成局部停电而且短路点越靠近电源停电范围越大给国民经济造成的损失也越大由此可见短路的后果是十分严重的且短路所引起的危害程度与短路故障的地点类型及持续时间等因素有关为了保证电气设备安全可靠运行减轻短路的影响除应努力设法消除可能引起短路的一切因素外一旦发生短路应尽快切除故障部分使系统的电压在较短的时间内恢复到正常值为此需要进行短路电流计算以便正确地选择具有足够的11动稳定性和热稳定性的电气设备以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏64短路计算根据实际情况及图纸的要求分析辽宁工学院综合楼变电所的设计短路计算要恰到好处确定短路点位高低压侧各一个互相分析计算如图61所示图61电力系统短路计算电路图计算短路前给定电力系统馈线出口短路器2QF为2N1210I型计算方法采用比较简洁常用的标幺值计算确定基准值取而计算短路回路中主要元件的电抗标幺值电力系统根据有关资料则架空线路由资料可知则电力变压器有资料得则12做出等值电路图并化简电路求出点及其点短路回路阻抗标幺值根据计算电路图及其回路中个主要元件的电抗标幺值做出等值电路图求出点三相短路电流和短路容量如图所示62点供电系统的等值电路图的短路回路图62点供电系统的等值电路图的短路回路求出点三相短路电流和短路容量如图63点供电系统的等值电路图的短路回路13图63点供电系统的等值电路图的短路回路在工程设计中往往还要列短路计算表如下图所示表61短路计算表短路计算点三相短路电流KV三相短路容量MVA点2762762767094225025点320732073207590134962227总结此毕业论文设计了辽宁工学院综合教学楼的变电所这是一次综合设计的考验在设计中电气主接线根据原始资料及实际工程应用分析并选定两种接线方式通过实地考察和供电情况分析最终选定的接线方式为高压侧采用单母线接线低压侧采用单母线分段接线在本变电所的设计中还对变压器选择短路电流的计算及设备选择进行了设计在主变压器选择中首先确定了变压器的容量台数型号而后根据变电所所带负荷情况采用需要系数法计算同时结合相关的功率因数计算出变压器的容量设计变压器继电保护时采用了过电流保护速断保护防雷保护设计参照设计要求利用滚球法为防雷保护的设计方法并且采用四支等高等距离的避雷针通过完成辽宁工学院综合教学楼的变电所的设计把过去所学的专业知识综合的利用起来并运用到了实际工程当中去把基础知识与工程实际相互结合既做到技术先进又保14证安全可靠进一步提高了自己设计的能力而最重要的是培养了自己的工程观念为以后的工作打下了坚实的基础