330kv变电站设计.docx
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330kV枢纽变电站电气部分设计
目录
摘要 3
Abstract 4
第1章绪论 5
1.1设计背景及意义 5
1.2设计的主要内容和基本思路 6
1.3主要设计原则 7
第2章主变压器及电气主接线的选择 9
2.1主变压器的选择 9
2.1.1主变压器型式及范围 9
2.1.2变压器型号的表示含义 12
2.2电气主接线的选择 13
2.2.1电气主接线概念 13
2.2.2电气主接线的基本要求 13
2.2.3设计步骤和内容如下 14
2.2.4所选电气主接线 16
2.3无功补偿 19
第3章短路电流计算 22
3.1短路电流计算 22
3.2短路电流和短路容量 22
3.3短路电流将引起下列严重后果 23
3.4限制短路电流的措施 23
3.5短路电流计算的目的和条件 24
3.6计算过程 25
第4章电气设备的选择 34
4.1电气设备选择的一般原则 34
4.2电气设备的选择 38
4.2.1高压断路器的选择 38
4.2.2隔离开关的选择 44
4.2.3电流互感器的配置和选择 50
4.2.4电压互感器的配置和选择 56
4.2.5各级电压母线的选择 59
4.2.6绝缘子和穿墙套管的选择 64
第5章变电站继电保护 65
5.1330kV配电装置 65
5.2电气总平面布置方案 65
5.3继电保护及微机监控系统 68
5.3.1概述 68
5.3.2总的技术要求 70
5.3.3继电保护配置方案 71
第6章绝缘配合、过电压保护及接地 75
6.1避雷器的配置 75
6.2避雷器的选择 75
6.3电气设备的绝缘配合 75
6.3.1330kV电气设备的绝缘配合 75
6.3.2110kV绝缘配合 77
6.4接地 79
设计总结 80
致谢 81
参考文献 82
附录 83
附图一330kV设备选型 84
附图二110kV设备选型 85
附图三10kV设备选型 86
附图四电气主接线 87
参考文献 88
摘要
变电站是电力系统的一个重要组成部分,由电气设备及配电网按一定的接线方式构成,从电力系统取得电能,通过变电站来变换、分配、输送与保护等功能,然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转换场所。
作为电能传输与控制的枢纽,变电站必须改变传统的设计和控制模式,才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。
计算机技术、现代通信和网络技术的发展,为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。
好的变电站设计方案不仅可以满足广大用户的用电要求,而且还有利于电力系统的可靠运行。
设计、建造出供电可靠、安全、经济的变电站,具有十分重要的意义。
变电站的设计是本专业的相关专业内容,开展这个设计可锻炼实践设计能力。
本设计的内容为一个330kV枢纽降压变电站的电气设计,其电压转换等级为330kV/110kV/10kV。
本设计根据变电站原始资料进行分析,研究负荷的特点和可靠性要求,进行负荷计算,根据负荷情况选择主变压器和电气主接线。
对电气主接线的不同方案进行可靠性、灵活性以及经济性的比较,确定主接线方案。
随后进行短路计算,选择变电站的电气设备以及母线型号,并对本变电站的主变压器和10kV出线确定继电保护方案,进行继电保护装置的配置,保障变电站运行的安全性和可靠性。
最后进行配电装置的防雷设计,主要为变电站的配电装置配置避雷器以及选择避雷器的型号。
本设计参照相关设计规范和手册,设计期间查阅了许多相关的国家标准、设计规范以及设计手册,如《电力工程电气设计手册》、《220kV~500kV变电所设计技术规程》(DL/T5218-2005)、《继电保护和安全自动装置技术规程》(GB/T14285-2006)、《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》(GB50062-1992)、《电力工程师手册》、《输配电设备手册》等,力求设计能符合规范性、安全性、可靠性和经济性的要求,详细的参考资料列表可参见参考文献。
关键词:
变电站;电气主接线;电力系统继电保护;电气设计;电气设备
Abstract
Thesubstationisanimportancepartoftheelectricpowersystem,itisconsistedoftheelectricapplianceequipmentsandelectricpowersystem,throughitsfunctionoftransformationandassign,transportandsafety.AsanImportantpartofpower’stransportandcontrol,thetransformersubstationmustchangethemodeofthetraditionaldesignandcontrol,thencanadapttothemodernelectricpowersystem,thedevelopmentofmodernindustryandthetrendofsocietylife.Itistorealizethejointtransmission,anddirectlyaffectthesafetyandeconomicoperationofthewholepowersystem.Gooddesignofsubstationnotonlycanmeettheelectricityrequirementsofcustomers,butalsoforreliableoperationofthepowersystem.Designingandbuildingareliable,safe,economysubstation,hasaveryimportantsignificance.Thisdesignisthemajorcontentsofmyprofessional,anditcanalsopracticethedesignability.
Thedesignistheelectricaldesignofanregional330kVstep-downkeysubstation.Itsvoltageconversiongradeis330kV/110kV/10kV.Theanalysisofthedesignisaccordingtotheoriginaldataofthetransformersubstation.Thedesignstudiesthecharacteristicsandthereliabilityrequirementsoftheload,andhasaloadcalculation.Thenitselectsthemaintransformerandthemainelectricalconnectionsaccordingtotheload.Thedesigncomparesthereliability,flexibilityandeconomyofthedifferentchoicesofthemainelectricalconnections,andchoosesabestchoice.Thenithasashortcircuitcalculation,andselectstheelectricalequipmentsandthebusesofthetransformersubstation,anddesignstherelayprotectionofthemaintransformerandthe10kVline,andconfigurestherelayprotectiondevicestoensurethesubstationworkingsafelyandreliably.Finally,thedesigndesignsthelightningprotectionofthepowerdistributiondevices.
Thisdesignisaccordingtorelevantdesignspecificationsandhandbooks,andstrivestothatthedesigncanmeetthestandard,safety,reliabilityandeconomyrequirements.Adetailedlistofreferencescanbefoundinthereferencelist.
Keywords:
Substation;ElectricPowerSystem;PowerSystemProtectiveRelaying;HighVoltage;ElectricalDesign;ElectricEquipment
第1章绪论
1.1设计背景及意义
从20世纪90年代中后期开始,330kV变电站设计较初期阶段发生了较大的变化,尤其是电力系统规划设计总院组织进行的2000年示范送点变电工程设计革命,对330kV变电站设计产生了深远的影响。
示范变电站设计的成果及其应用和发展基本上代表了330kV变电站的设计现状,示范变电站设计的成果已经广泛用于近年来的工程建设当中,变电站设计已经相当成熟。
当时示范变电站设计的总体思路是:
与国际国内电力体制改革趋势相适应,与国际科技发展水平相一致,与可持续发展思路相吻合;依靠科技进步,缩小与世界先进水平差距,使设计方案更紧凑、更集约、更高效;在安全可靠前提下,突出体现经济性,合理性,先进性。
电气主接线:
一个半断路器接线仍是330kV的主要推荐接线,具体工程也可因地制宜的采用技术经济合理的其他方案,如出线双断路器、变压器母线组接线等。
配电装置:
示范变电站设计对配电装置和设备选型进行了深入研究,在安全可靠的前提下尽量压缩配电装置的尺寸。
计算机监控系统:
2000年示范变电站设计对监控系统配置方案、常规控制与计算机监控系统的技术经济比较、二次设备分散布置、保护继电器小室抗干扰措施等方面进行了深入的研究。
330kV变电站设计发展到今天,电气主接线、配电装置布置优化和母线选型、电气总平面布置的协调紧凑、计算机监控系统等方面已经发展的相当成熟,今后设计的发展趋势在以下几个方面:
从未来的变电站的发展趋势来讲,采用集成智能化电力设备,由于控制、保护、通信等微电子设备与高电压大电流主设备安装于一体,因此满足电磁兼容性要求将成为重要的技术关键。
在布置方面,建设与环境协调友好的变电站将变得越来越重要,控制变电站噪声、电磁干扰及减少变电站对周围景观的影响也会日益受到重视。
主变压器方面继续采用三相变压器。
断路器的选型:
目前和将来很长一段时间内,瓷柱式断路器、罐式断路器、HGIS、GIS、仍是主要的断路器型式。
随着国家经济实力的提升,用户对供电安全性和可靠性要求日益提高,国家对环保的高度重视和土地使用政策的日趋严格,设计必须着重考虑选用安全性和可靠性高、节约占地、适于紧凑化布置和造价比较合理的断路器型式。
布置方面,一方面,按工程主接线、进出条件和规划,充分吸取以往变电站的设计经验,因地制宜的优化配电装置;另一方面,根据工程选站的结论和电气配电装置的选型,结合站址的环境、地理位置、交通等条件,充分比较并优化总布置方案,从而做到布局合理、出线顺畅、节约占地、减少土方、减少拆迁、与环境协调等等。
综上所述,330kV变电站设计发展过程、现状及发展趋势将是330kV变电站设计原则确定的重要参考依据。
变电工程设计的发展和成熟工程经验的积累构成了330kV变电站设计的技术基础和前提。
1.2设计的主要内容和基本思路
(1)设计模块的划分。
模块化设计的设计思想是变电工程设计技术经验的总结和发展。
330kV变电站总平面的布置形式是以330kV配电装置区、主变压器及低压无功补偿设备区和110kV配电装置区等功能区构成的三列布置格局。
这三个功能区即能相互独立,又相互关联和制约,不仅构成了变电站总平面的基本模块,也构成模块化设计的基本元素。
其独立性是构成设计模块的基本条件,其关联性又形成了模块设计的互相制约。
变电工程的这一基本特征是开展模块化设计的基础和前提,也是确定设计模块的基本原则。
从电气的一次布置和总平面布置区域划分的角度出发,330kV配电装置区设计模块、主变压器及低压无功补偿设备区设计模块和110kV配电装置区设计模块是变电工程设计的三个基本模块。
(2)上述设计模块的基本定义。
330kV配电装置区设计模块是指进出线门形架为界、以区域环形道路为平面分界的区域,内容包括配电装置设计、构支架结构设计、电缆沟及地下设施设计、继电器小室布置及结构设计等内容。
330kV高压并联电抗器及其回路内电气设备布置区也是该模块的设计内容,是一个子模块,本设计只做具体的模块设计,在平面布置中假定安装于其中一回线路,在具体的工程设计中,应根据电力系统条件接入不同线路时其布置位置需相对变化。
主变压器及其低压无功补偿设备区设计模块是指以主变压器高中压侧引线构架为界、以区域环形道路为平面分界的区域,内容包括主变压器安装及各侧引线设计、低压无功补偿设备及配电装置设计等内容。
1.3主要设计原则
变电站设计的原则是:
安全可靠、技术领先、投资合理、标准统一、运行高效。
为此,在设计中,要注意处理和解决设计方案的统一性、适应性、灵活性、先进性、可靠性和经济性及其相互之间的辩证统一关系。
统一性:
建设标准统一,基建和生产运行的标准统一,外部形象风格要体现国家标准。
适应性:
设计要综合考虑各地区的实际情况,并能在一定的时间内,对不同规模、型式、外部、典型设计模块间接口灵活,增减方便,组合型式多样,概算调整方便。
先进性:
设计方案、设备选型先进、合理,占地少、注重环保,变电站可比技术经济指标先进。
可靠性:
适当提高设备水平,保证变电站设备的可靠性,保证设备、各个模块和模块并接后系统的可靠性,以确保设计方案的安全可靠性。
经济性:
按照企业利益最大化原则,综合考虑工程初期投资和长期运行费用,追求寿命期内最优的企业经济效益。
设计要树立全局意识、大局意识和企业意识,要坚持“基建为生产服务”、“以人为本”和“可持续发展”的理念,当前的重点是“节约占地、节约投资、提高效率、降低运营成本”。
具体设计要综合考虑“每个设备的合理性、每个布置的合理性、每项改进的合理性、每个方案的合理性”。
第2章主变压器及电气主接线的选择
2.1主变压器的选择
2.1.1主变压器型式及范围
(1)绕组数量的确定原则
在具有三种电压的变电站中,如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷,但在变电站内需设无功补偿设备时,主变压器宜采用三绕组变压器。
(2)主变压器台数的确定原则
①对于大城市郊区的一次变电站在中低压侧已构成环网的情况下,变电所以装设两台变压器为宜。
②对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。
③对于规划只装设两台变压器的变电站,其变压器基础宜按大于变压器容量的1—2级设计,以便负荷发展时,更换变压器的容量。
由前设计说明可知、正常运行时,变电站负荷由330kV系统供电,为提高负荷供电可靠性,并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高,最终应采用三台容量相同的变压器并联运行。
(3)变压器容量和型号确定
主变压器容量一般按变电站建成后5-10年规划负荷选择,并适当考虑到远期10-20年的负荷发展,对于城市郊区变电站,主变压器应与城市规划相结合。
变电站主变压器的选择原则有以下几点:
①在变电站中,一般装设两台主变压器;终端或分支变电站,如只有一个电源进线,可只装设一台主变压器;对于330、550kV变电站,经技术经济为合理时,可装设3-4台主变压器。
②对于330kV及以下的变电站,在设备运输不受条件限制时,均采用三相变压器。
500kV变电站,应经技术经济论证后,确定是采用三相变压器,还是单相变压器组,以及是否设立备用的单相变压器。
③装有两台及以上主变压器的变电站,其中一台事故停运后,其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%到80%,并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。
④具有三种电压等级的变电站,如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上,或低压侧虽无负荷,但需装设无功补偿设备时,主变压器一般先用三绕组变压器。
⑤110kV及以上中性点直接接地系统连接的变压器,一般优先选用自耦变压器,当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时,应根据无功功率的潮流情况,校验公共绕组容量,以免在某种运行方式下,限制自耦变压器输出功率。
⑥330kV变电站可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。
主变压器的阻抗电压(即短路电压),应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。
对于深入负荷中心的变电站,为简化电压等级和避免重复容量,可采用双绕组变压器。
(4)绕组连接方式的确定原则
我国330kV及以上电压、变压器都采用Y连接,110kV采用Y连接,其中性点经消弧线圈接地、10kV以下电压变压器绕组都采用△连接。
根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为Y/Y/△接线。
综上所述,并考虑到本次设计的三个电压等级,查330kV三相三绕组电力变压器技术时数据表,选择变压器的型号为OSFPSZ10-240000/330,OSFPSZ10-360000/330,其参数见表1-1,1-2.
表1-1主变压器1技术参数
项目
技术参数
备注
主变压器型号
三相、三绕组、有载调压、油浸、风冷、自耦电力变压器
OSFPSZ10-240000/330
额定容量
240MVA
容量比
240/240/72MVA
电压比
345/121/38.5kV
电压比及短路阻抗应根据实际工程选择
短路阻抗
Uk1-2%=10.5Uk1-3%=24Uk2-3%=13
连接组别
YNa0dll
调压方式
有载调压
冷却方式
ONAF或ODAF
中性点接地方式及绝缘水平
直接接地
高、中及中性点均副套管式电流互感器
表1-2主变压器2技术参数
项目
技术参数
备注
主变压器型号
三相、三绕组、有载调压、油浸、风冷、自耦电力变压器
OSFPSZ10-360000/330
额定容量
360MVA
容量比
360/360/90MVA
电压比
345/121/38.5kV
电压比及短路阻抗应根据实际工程选择
短路阻抗
Uk1-2%=13Uk1-3%=25Uk2-3%=10.5
连接组别
YNa0dll
调压方式
有载调压
冷却方式
ONAF或ODAF
中性点接地方式及绝缘水平
直接接地
高、中及中性点均副套管式电流互感器
2.1.2变压器型号的表示含义
根据我国电力变压器国家标准,变压器型号由两部分组成:
前一部分描述变压器的类别、结构、特征和用途,有汉语拼音字母组成;后一部分描述变压器的容量(单位为kVA)和绕组的电压等级。
例如:
OSFPZ9-240000
O—自耦;S—三相;F—箱壳外冷却介质为风冷;P—油循环方式为强迫循环;Z—有载调压
2.2电气主接线的选择
2.2.1电气主接线概念
电气主接线是由电气设备通过连接线,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系统。
主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构,是电力系统网络结构的重要组成部分,直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
2.2.2电气主接线的基本要求
(1)可靠性
具体要求:
①断路器检修时,不宜影响对系统的供电。
②断路器或母线故障以及母线检修时,尽量减少停运的回路数和停运时间,并要保证对一级负荷及全部或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,可以容易的从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,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量最少。
(3)经济性
①投资省
a)主接线应力求简单,以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器。
避雷器等一次设备。
b)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。
c)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。
d)如能满足系统安全运行及继电保护要求,110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。
②占地面积少
主接线要为配电装置布置创造条件,尽量使占地面积减少。
③电能损耗少
经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量,要避免因两次变压而增加电能损失。
此外系统规划设计中,要避免建立复杂的操作枢纽,为简化主接线,发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。
电气主接线关系着全站电气设备的选择,配电装置的布置继电保护及自动装置的确定,关系着电力系统的安全稳定,灵活和经济运行,是本次变电站设计中心的主要环节,我们在电气主接线设计中,依据以下原则:
①保证必要的供电可靠性和电能质量。
②具有运行维护的灵活性和方便性,即要适应各种运行方式和检修维护方面的要求,并能灵活地进行运行方式的转换。
在操作时简便、安全,不易发生误操作。
③在满足可靠性、灵活性要求的前提下做好经济性。
即投资省,电能损失小,占地面积小。
④保证电气主接线具有继续发展和扩建的可靠性。
2.2.3设计步骤和内容如下
(1)对原始资料分析
①工程情况,包括发电厂类型,设计规划容量,单机容量及台数,最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。
②电力系统情况,包括电力系统近期及远景发展规划(5~10年),发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用,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。
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。
④环境条件,包括当地的气温、湿度、覆冰。
污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素,对电气主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。
对此,应予以重视
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