发电厂电气设备的选择及其校验6.doc

本科生课程设计（论文）题 目 变电所电气设备的选择校验 学 院 机械交通学院 专 业电气工程及自动化 班级 104班 姓 名 姜军杰 学号 103736410 指导教师 艾海提. 塞买提 职称 教授 2013 年 05月 20 日 新疆农业大学教务处制目 录一 摘要-2二前言-3三原始材料-3 3.1基本资料 - 33.2设计任务-3四 变电所主要电气设备的组成-34.1变电所一次设备的组成 - 44.2高压开关设备的组成 -44.3变电所二次回路的组成- 5五 变电所电气设备的选择原则 - -5 5.1电气设备选择的一般条件-55.2高压断路器的选择-6 5.3 隔离开关的选择 -7 5.4电压互感器的选择-9 5.5电流互感器的选择-9 5.6限流电抗器的选择-9六 变电所电气设备的选择及校验过程-106.1主变台数的确定-10- 6.2主变容量的确定-106.3主变相数的选择 -10 6.4主变绕组数的选择-11 6.5主变调压方式的选择-116.6主变的冷却方式的选择-126.7电流互感器的校验-126.8选择变电所的自用变压器-12七 接地装置与防雷保护-14八 谢词-15九参考文献 -16变电所电气设备的选择校验 作者 姜军杰 指导教师 艾海提赛买提一 摘要 变电所对电力的生产和分配起到了举足轻重的作用，学习和了解变电所的结构和运行对电力资源的可持续发展打下了基础。随着经济的快速发展，我国电力需求迅速增长，由于产业结构调整和居民生活水平的提高，第三产业和居民生活用电比重上升，制冷制热负荷大幅度增加，使得电网规模不断扩大，高电压、大机组、长距离输电、电网互联的趋势，使电网结构越来越复杂。常规变电所的二次部分主要由四大类装置组成：继电保护、故录波、就地监控和远控。本设计主要是变电所电气设备的选择及校验设计，通过对原始资料的分析，计算系统负荷，然后确定电气主接线，确定好电气主接线后选择变压器，之后再对短路电流进行计算，通过短路电流计算的结果选择电气设备，最后进行校验。关键词：变电所；继电保护；就地监控。Select verification of the electrical equipment in substation Author Jiang Junjie tutor aihaitisaimaitiA summary Substation on the production and distribution of electricity has played a pivotal role in learning and understanding of the structure and operation of substation laid the Foundation for the sustainable development of electric power resources. With the rapid economic development and rapid growth in Chinas power demand, due to the adjustment of the industrial structure and improvement of living standards of inhabitants, and an increase in residential electricity consumption the proportion of the tertiary industry, refrigeration and heating load significantly increased power grid have been expanding, high voltage long distance transmission and interconnection of power grids, large unit, trends, network structure more complex. Second part is composed of four main categories of conventional substation installations: protection relay, record, local control and remote control. This design is the selection and verification of substation electrical equipment design, through the analysis of raw data, computing system load, and then determine the main electrical connection, identified the main electrical connection choose the transformer and then to calculate the short-circuit current, by electrical equipment for short-circuit current calculation options, validate last. Key words: substation; relay protection in-place monitoring.二 前言 1.变电所基本资料介绍 1）该站为终端变电所，担负着向开发区用户供电的任务； 2）根据电力系统整体规划，待设计的变电站安装3台主变压器，容量按50MVA考虑，一期工程按2台考虑，电压等级为110kV/10kV 3）变电站110kV有2回进线，10kV按20回出线考虑 4）连接该系统最大运行方式下的短路阻抗分别为9.77，5.18，进线线路长8.66Km,10.56 Km 5）无特殊环境条件2.设计任务 1）选择变电所主变的台数,容量和类型并进行校验; 2）设计变电所的电气主接线,选出至少2个方案进行技术经济比较,确定一个较佳方案; 3）进行短路电流计算; 4）选择和校验所需的一次电气设备; 三 原始资料 3.1基本资料 1、系统接线图。 2、如图所示，本变电所通过一条15KM长的线路，在系统变电所A的35母线上与系统连接，系统变电所A内有两台SFSLZ1-2000110变压器，其短路电压百分比为Uk%=10.5%. 3、途中系统为无限大容量，其电抗按零计。 4、本变电所有8条10KV出线给用户供电，每条线路输送容量为800KW。10KV母线的功率因数经补偿后为COS=0.9. 5、本变电所的最高环境温度为40度。 3.2设计任务本设计要求完成如下各项任务。根据负荷情况，选择本变电所的主变压器。按主变容量的（0.5-1）%选择所用变压器，并确定所用变压器的连接方式。 1、确定变电所的电气主接线（包括35KV和10KV两部分）。 2、根据选择各种电器设备的要求，计算相应短路点的短路电流。 3、选择35KV和10KV电压等级的断路器，隔离开关，电压互感器和电流互感器，避雷器。四 变电所主要电气设备组成 4.1 变电所一次设备的组成 包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、电抗器、自动空气开关、电力电缆、架空线路、避雷器、电流互感器、电压互感器等。4.2 高压开关设备的组成 高压开关设备品种型号很多，但其组成是由以下五部分：开断元件、支撑绝缘件、传动元件、基座及操作机构组成。如图：4.3 变电所二次回路的组成二次回路包括一次设备的控制、测量、信号、调节、继电保护和自动装置等回路以及操作电源系统。 控制回路是由控制开关和控制对象（断路器、隔离开关）的传送机构及执行（或操作）机构组成的。分类：自动化程度-手动、自动控制距离-就地、远控控制方式-分散、集中操作电源性质-直流、交流操作电源电压-强电（直流110v或交流220v及交流5A）、弱电（直流60v，交流50v以下及交流0.5-1A） 信号回路是由信号发送机构、传送机构和信号器具构成的。作用是反映一、次设备的工作状态。分类：信号性质-事故信号、预告信号、指挥信号和位置信号显示方式-灯光信号、音响信号复归方式-手动、自动 测量回路是由各种测量仪表及相关回路组成的。作用是指示或记录一次设备的运行参数。 调节回路是指调节型自动装置回路。由测量机构、传送机构、调节器和执行机构组成。 继电保护及操作型自动装置回路是由测量机构、传送机构、执行机构及继电保护和自动装置组成。作用是自动判断一次设备运行状态，在系统发生故障或异故障或异常运行时，自动跳开断路器或发出异常运行信号，故障或异常运行状态消失后，快速投入断路器，恢复系统正常工作。 操作电源系统是由电源设备和供电网络组成，包括直流和交流电源系统。五 电气设备的选择原则 电气的种类和型式是电器选择的重要内容之一。选择时，可根据安装地点，使用条件、配电装置的型式、运行和检修经验以及人们使用习惯等多种因素综合确定。尽管电力系统中各电器的工作条件和作用并不一样，具体选择方法也不完全一样，但它们的基本要求是一致的。电器要能可靠的运行，必须按正常工作条件选择，并按短路电流来效验动稳定和热稳定。5.1电气设备选择的一般条件如下：（1）按正常条件选择电器设备按正常条件选择，就要考虑电器装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电器装置所处的位置特征；电器要求是指电器装置对设备的电压、电流、频率（一般为50HZ0）等方面的要求；对一些断路电器如开关、熔断器等，还应考虑起断流能力。考虑所选设备的工作环境。如户内、户外、防腐、防暴、防尘、放火等要求，以及沿海或湿热地域的特点。所选电气设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高运行电压。设备允许长期承受的的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.11.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围内，故选择时只要满足下式即可:所选电气设备的额定电流应大于或等于所在回路的最大长期工作电流：馈线电流 (A)由式可以推算，当电器的环境温度高于40（但不高于60）时，环境温度每升高1，应减少允许电流1.8%；当使用环境低于 40时，每降低1，允许电流增加0.5%。 （2）按短路条件校验短路动稳定校验 制造厂商一般直接给出定型设备的动稳定峰值电流，动稳定条件为式中i-所在回路的冲击短路电流，kA。i-设备允许的稳定电流（峰值），kA。 短路热稳定校验短路电流通过时，电器各部件温度不应超过短时发热最高允许值，即式中设备允许承受的热效应，k ；所在回路的短电路热效应，k 。由式可以推算，当电器的环境温度高于40（但不高于60）时，环境温度每升高1，应减少允许电流1.8%；当使用环境低于 40时，每降低1，允许电流增加0.5%。 5.2 高压断路器的选择断路器型式的选择应综合考虑安装地点环境的条件、使用的技术条件和安装调试与维护护方便等因素。先对几种内型短路器的技术性能和运行维护方面的特点简要介绍如下。 少油短路器开断电流大，对35以下可采用加并联以提高额定电流；35kV以上为积木结构。该断路器全开断时间短。增加压油活塞装置加强机械油吹后，可开断空载长线。少油断路器使用较早，运行经验丰富，易于维护，噪声低，油量少；它易劣化，需要一套油处理装置。 六氟化硫（SF6）断路器的额定电流和开断能力都可以作得很大；开断性能好，可适用于各种工况开断；SF6气体灭弧、绝缘性能好，所以断开电压做得较高；断开开距小。运行噪声低，维护工作量小，检修间隔期长，运行稳定、安全可靠、寿命较长；断路器价格较高。 真空断路器连续多次操作，且开断性能好，灭弧迅速、动作时间短；运行维护简单，灭弧室不需要检修；噪声低，无火灾爆炸危险；价格较昂贵。5.3 隔离开关的选择我们所说的隔离开关，一般指的是高压隔离开关,即额定电压在1kv及其以上的隔离开关，通常简称为隔离开关，是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。隔离开关用于各级电压，用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离，它没有断流能力，只能在用其它设备将线路断开后再操作。一般带有防止开关带负荷时误操作的联锁装置，有时需要销子来防止在大的故障的磁力作用下断开开关隔离开关1)根据运行需要，换接线路。 2)可用来分、合线路中的小电流，如套管、母线、连接头、短电缆的充电电流，开关均压电容的电容电流，双母线换接时的环流以及电压互感器的励磁电流等。 3)根据不同结构类型的具体情况，可用来分、合一定容量变压器的空载励磁电流。 在低压设备中主要适用于民宅、建筑等低压终端配电系统。主要功能：带负荷分断和接通线路隔离开关的应用：1.用于隔离电源，将高压检修设备与带电设备断开，使其间有一明显可看见的断开点。 2.隔离开关与断路器配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作，以改变系统运行接线方式。 3.用以接通或断开小电流电路。 隔离开关主要用来将高压配电装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离，以保证检修工作的安全。隔离开关的触头全部敞露在空气中，具有明显的断开点，隔离开关没有灭弧装置，因此不能用来切断负荷电流或短路电流，否则在高压作用下，断开点将产生强烈电弧，并很难自行熄灭，甚至可能造成飞弧（相对地或相间短路），烧损设备，危及人身安全，这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故。隔离开关还可以用来进行某些电路的切换操作，以改变系统的运行方式。例如：在双母线电路中，可以用隔离开关将运行中的电路从一条母线切换到另一条母线上。同时，也可以用来操作一些小电流的电路。隔离开关的配置：1、断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口与电源隔离。 2、中性点直接接地的普通变压器，均应通过隔离开关接地。 3、在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关，保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设1-2组接地刀闸。 4、接在变压器引出线或中性点的避雷器可不装设隔离开关。 5、 当馈电线路的用户侧没有电源时，断路器通往用户的那一侧可以不装设隔离开关。但为了防止雷电过电压，也可以装设。5.4电压互感器的选择（1）电压互感器的选型要求电压互感器的种类和形式应根据装设地点和使用条件进行选择，例如：在635kV屋内配电装置中，一般采用油渍式或浇注式；110220kV配电装置通常采用串级式电磁式电压互感器；当容量和准确级满足要求时，也可采用电容式电压互感器。 电压互感器选择的主要项目是： 额定电压应于安装处电网的额定电压相一致； 类型 户内型 、户外型； 容量和准确度等级的选择：首先根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上，然后计算各相负荷大小，按照所接仪表的准确级和容量选择互感器的准确级和额定容量。5.5 电流互感器的选择（1）35KV电流互感器的选择 在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式）（如穿墙式、支持式装入式等）选择其形式。选用母线型时应注意校核窗口尺寸。 绕组的额定电压； 一次绕组的额定电流；准确度等级。为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确度不低于所测量仪表的准确级。例如：装于重要回路（如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等）中的电能表和计费的电能表一般采用0.51级表，相应的户感器的准确级不低于0.5级；对测量精确度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级；供运行检测、估算电能的电能表和控制盘上的仪表一般皆用11.5级的，相应的电流互感器可用3级的。5.6限流电抗器的选择一般选择电抗器额定电压与安装处电网额定电压相同。选择电抗器的额定电流必须大于可能流过电抗器的最大长期工作电流电抗器基本没有过载能力，选择时应有适当的裕度。母线分段回路的电抗器，应根据母线上事故切除最大一台发电机时，可能通过电抗器的电流选择，一般取该发电机额定电流的5080.分裂电抗器，一般中间插头接电源，两支臂接负荷，其额定电流应大于每一臂最大负荷电流，当无负荷资料室，一般按中间抽头所接发电机或变压器额定电流的70选择。六 变压器的选择及校验6.1主变台数的确定对于变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。6.2主变容量的确定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年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑到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；对一般性变电所，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60-70。此变电所是一般性变电所。6.3 主变相数的选择单相变压器结构简单、体积小、损耗低，主要是铁损小，适宜在负荷密度较小的低压配电网中应用和推广。相同容量的单相变压器比三相变压器用铁减少20%，用铜减少10%。尤其是采用卷铁芯结构时，变压器的空载损耗可下降15%以上，这将使单相变压器的制造成本和使用成本同时下降，从而获得最佳的寿命周期成本。在电网中采用单相供电系统，可节省导线33%63%，按经济电 电流密度计算，可节约导线重量42%，按机械强度计算，可降低导线消耗66%。因此可降低整个输电线路的建设投资。这在我国地域广阔的农村和城镇的路灯照明及居民生活用电方面是很有意义的6.4 主变绕组数的选择双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。发电厂的最大机组容量为125MW及以下时，若以两种升高电压向用户供电或与电力系统连接时，一般采用三绕组变压器，其第三绕组接发电机。但是各绕组通过的功率应达到该变压器容量的15%，否则不如采用两台双绕组变压器经济合理。在本设计中考虑到变电所的综合经济，所以采用双绕组变压器。6.5 主变调压方式的选择各级变压器的额定变压比、调压方式、调压范围及每档调压值，应满足发电厂、变电所母线和用户受电端电压质量的要求，并考虑电力系统1015 年发展的需要。升压变压器高压侧的额定电压，220KV 及以下电压等级者，宜选1.1 倍系统额定电压。330KV、500KV 级变压器高压侧的额定电压，宜根据系统无功功率分层平衡要求，经计算论证后确定。 降压变压器高压侧的额定电压，宜选系统额定电压。中压侧和低压侧的额定电压，宜选1.05 倍系统额定电压。发电机升压变压器，一般可选用无励磁调压型。330KV、500KV 级升压变压器，经调压计算论证可行时，也可采用不设分接头的变压器。发电厂的联络变压器，经调压计算论证有必要时，可选用有载调压型。330KV、500KV 级降压变压器宜选用无励磁调压型，经调压计算论证确有必要且技术经济比较合理时，可选用有载调压型。直接向10KV 配电网供电的降压变压器，应选用有载调压型。经调压计算，仅此一级调压尚不能满足电压控制的要求时，可在其电源侧各级降压变压器中，再采用一级有载调压型变压器。 电力用户对电压质量的要求高于规定的数值时，该用户的受电变压器应选用有载调压型。变压器分接开关调压范围应经调压计算确定。无励磁调压变压器一般可选22.5%(10KV 配电变压器为5%)。对于有载调压变压器，63KV 及以上电压等级的，宜选8(1.251.5)%；35KV 电压等级的，宜选32.5%。位于负荷中心地区发电厂的升压变压器，其高压侧分接开关的调压范围应适当下降2.5%5.0%；位于系统送端发电厂附近降压变电所的变压器，其高压侧调压范围应适当上移2.5%5%。但是今年来随着用户对电压质量要求的提高和有载调压变压器质量的提高，一般变电所的变压器选择又在调压方式。6.6 主变的冷却方式的选择 (1)油浸自冷式 较小容量的变压器采用这种结构，它分为平滑式箱壁，散热筋式箱壁，散热管或散热器式冷却三种形式。 (2)油浸风冷式 在大、中型变压器的拆卸式散热器的框内，可装上风扇，当散热管内油循环时，依靠风扇的强烈吹风，使管内流动的热油迅速得到冷却，冷却效果比自然冷却的效果好得多.在本设计中选用油浸自冷的方式。 (3)强迫油循环冷却 这是变压器最常用的冷却方式，它又分为强油循环风冷却和强油循环水冷却两种方式，变压器的ONAN冷却方式为内部油自然对流冷却方式，即通常所说的油浸自冷式。 变压器的冷却方式是由冷却介质和循环方式决定的；油浸变压器还分为油箱内部冷却方式和油箱外部冷却方式。 型号电压（kV）损耗（kW）线圈连接标号SJL1-50003；38.510.5；6.3；3.1545.0008.00070.86（1.4）6.7电流互感器的校验110KV侧电流互感器 动稳定：符合要求 热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。 10KV侧电流互感器 动稳定：符合要求 热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。6.8 选择变电所的自用变压器为了保证变电所的照明，二次回路的正常工作，线路检修以及生活用电，所以需要设置自用变压器。由于变压器工作可靠，且检修时间长，要求其中一台变压器检修时，剩余的一台应能使全变电所正常工作，所以应该装设两台厂用变压器，两台自用变压器分别接在变电所35KV级电压母线的不同分段上。在本设计中，自用变压器按主变压器容量的（0.51.0）%选择，故S=10000x1.00%=1000KVA设计中所选变压器型号SJL11000型号电压（KV）损耗（KW）Ud%Io%连接方式PmPoSJL1-1000350.414.0002.7006.5Y/Yo-12七 接地装置与防雷保护雷电在通常情况下，都是向地面上高耸的物体，特别是金属物体放电。因此，在适当的位置装设适当高度的避雷针（线），就可以主动引导雷电向避雷针放电，并通过接地装置将电荷泄入大地，从而使电气设备或建筑物不致遭受雷击的危害。 避雷针（线）有接闪器、接地引下线和接地三部分组成。谢 词一学期即将结束，我在学习了发电厂电气设备这门科目之后对发电厂有了一定的了解相信在以后工作之中会有用武之地本课程论文是在我的老师艾海提教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我从课程的开始到课程内容的最终完成，艾海提老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。一学期来，艾海提教授不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向郑老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。九 、参 考 文 献张惠刚.变电站综合自动化原理与系统.中国电力出版社.2004电力工业部西北电力设计院.电气工程设计手册电气一次部分弋东方.电气设计手册电气一次部分M.中国电力出版社2002刘福玉主编：发电厂变电所电气设备，西南交通大学出版社，2010年2月第一版。 电力系统运行操作和计算，水利出版社，1977年10月北京第一版。16