鄉(xiāng)鎮(zhèn)變電站電力系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、論文110KV 鄉(xiāng)鎮(zhèn)變電站電力系統(tǒng)設(shè)計申請人：張秋波學(xué)科（專業(yè)） ：電力系統(tǒng)及其自動化指導(dǎo)教師：陳國聯(lián)2011 年 1 月網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 (論論 文文) 任任 務(wù)務(wù) 書書專業(yè)班級層次姓名學(xué)號一、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目二、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作年月日起至年月日止三、畢業(yè)設(shè)計（論文）基本要求：指導(dǎo)教師：網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(論文論文)考核評議書考核評議書指導(dǎo)教師評語：建議成績：指導(dǎo)教師簽名：年月日答辯小組意見：負(fù)責(zé)人簽名年月日答辯小組成員畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會意見：負(fù)責(zé)人簽名：年月日論文題目：論文題目：110KV 鄉(xiāng)鎮(zhèn)變電站電氣系統(tǒng)設(shè)計鄉(xiāng)鎮(zhèn)變電站

2、電氣系統(tǒng)設(shè)計學(xué)科（專業(yè)學(xué)科（專業(yè)） ：電力系統(tǒng)及其自動化：電力系統(tǒng)及其自動化申 請 人申 請 人 ：張秋波：張秋波指導(dǎo)教師：陳國聯(lián)指導(dǎo)教師：陳國聯(lián)摘摘要要變電站做為電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。變電站的安全運行對電力系統(tǒng)至關(guān)重要。本文對 110kV 變電站進行了分析設(shè)計。文章首先介紹了課題的背景和意義，對課題的研究發(fā)展情況進行了總結(jié)；其次分析了負(fù)荷和無功補償，并進行了變電所主接線方式設(shè)計，在短路電流計算的基礎(chǔ)上，對電氣設(shè)備及母線進行了選擇。文章最后進行了變電所防雷保護與接地裝置的設(shè)計。關(guān)關(guān) 鍵鍵 詞詞：1

3、10kV 變電站電氣設(shè)計設(shè)備選擇防雷裝置論文類型論文類型：理論研究Title：The design of 110KV township Substation Electrical SystemSpeciality：power system and its automationApplicant：Zhang QiuboSupervisor：Chen GuolianABSTRACTSubstation as an important part of the power system, which directly affects the entirepower system security an

4、d economic operation of power plants and the user is to contact themiddle part, plays the role of transformation and distribution of electric energy. Safeoperation of the substation of power system is essential.This paper analyzes 110kV substation design. The article first introduces thebackground a

5、nd significance of the subject, research and development of the subject wassummarized; followed by analysis of the load and reactive power compensation andsubstation main connection methods were designed, in the short-circuit current calculationbased on the electrical Equipment and bus were selected

6、. Finally, the article substationlightning protection and grounding design.KEY WORDS ： 110kV SubstationElectrical DesignEquipment selectionLightningprotection devicesTYPE OF THESIS：theory目錄目錄V.摘要VI.ABSTRACT1.1 緒論1.1.1 課題的研究背景和意義1.1.2 課題研究發(fā)展現(xiàn)狀2.1.3 文主要工作2.2 負(fù)荷預(yù)測和無功補償2.2.1 車間負(fù)荷預(yù)測3.2.2 無功功率補償3.2.2.1 無功

7、補償?shù)幕驹瓌t3.無功補償措施4.3 變電所主接線方式設(shè)計4.3.1 主接線方案設(shè)計的主要原則5.3.2 主接線方案設(shè)計及比較6.4 短路電流的計算6.4.1 短路故障產(chǎn)生的原因6.4.2 短路電流計算的目的7.4.3 短路電流計算方法概述8.4.4 短路電流計算的步驟9.5 電氣設(shè)備及母線的選擇錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。.5.1 選擇電氣設(shè)備和母線的主要技術(shù)條件錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。.5.2 所用電源引接方式錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。.5.3 斷路器，隔離開關(guān)的選擇原則錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。.5.3.1 斷路器12.5.3.2 隔離開關(guān)12.5

8、.4 母線及各出線的選擇原則13.6 變電所防雷保護與接地裝置的設(shè)計14.6.1 防雷保護設(shè)計原則15.6.2 防雷裝置設(shè)計計算16.6.3 防雷設(shè)計的基本經(jīng)驗17.致謝18.參考文獻1 1 緒論緒論1.11.1 課題的研究背景和意義課題的研究背景和意義現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個巨大的、嚴(yán)密的整體。各類發(fā)電廠、變電站分工完成整個電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電和配電的任務(wù)。其主接線的好壞不僅影響到發(fā)電廠、變電站和電力系統(tǒng)本身，同時也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活。因此，發(fā)電廠、變電站主接線應(yīng)合理。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，對供電質(zhì)量的要求日益提高。國家提出了加快城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)及改造、拉動內(nèi)需的發(fā)展計

9、劃，1lO kV 變電站的建設(shè)迅猛發(fā)展。供電可靠性是城網(wǎng)建設(shè)改造的一個重要目標(biāo)，110 kV 變電站設(shè)計是城網(wǎng)建設(shè)中較為關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)，如何設(shè)計 110 kV 變電站，是城網(wǎng)建設(shè)和改造中需要研究和解決的一個重要課題。變電站做為電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。電氣主接線是發(fā)電廠和變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬定直接關(guān)系著全電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，是變電所電氣部分投資大小的決定性因素。1.21.2 課題研究發(fā)展現(xiàn)狀課題研究發(fā)展現(xiàn)狀各電負(fù)荷提供的數(shù)據(jù)是變電所進行電力設(shè)計的基本原

10、始資料，但是這些資料通常是不完整的，在設(shè)計時必須考慮 5 到 10 年的負(fù)荷增長情況并如何根據(jù)這些資料正確估計變電所所需要的電力、電量是一個非常重要的問題。負(fù)荷計算直接影響著變壓器的選擇，計算負(fù)荷是根據(jù)變電所所帶負(fù)荷的容量確定的，預(yù)期不便的最大假想負(fù)荷。這個負(fù)荷是設(shè)計時作為選擇變電所電力系統(tǒng)供電線路的導(dǎo)線截面，母線的選擇，變壓器容量，斷路器，隔離開關(guān)，互感器額定參數(shù)的依據(jù)。根據(jù)城市規(guī)劃，負(fù)荷性質(zhì)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等綜合考慮確定變電所的總?cè)萘?。對于重要變電所?yīng)考慮以 1 臺主變壓器停運時其余變壓器容量在計及負(fù)荷能力允許時間內(nèi)，應(yīng)滿足類及類負(fù)荷的供電。對于一般變電所，當(dāng)一臺主變停運時，其余變壓器的容量應(yīng)能

11、滿足全部負(fù)荷的 70%-80%，在目前實際的運行情況變電所中一般均是采用兩臺變壓器互為暗備用并聯(lián)運行。下，變壓器能夠可靠運行。cS變壓器容量首先應(yīng)滿足在cSNTS對于單臺：cS2NTS+1NTS對于兩臺并聯(lián)運行：2cS+1cS1NTS2cS+1cS2NTS變壓器除滿足以上要求外還需要考慮變電所發(fā)展和調(diào)整的需要，并考慮 5-10 年的規(guī)劃，以滿足后期用電需求，并留有一定的裕量并滿足變壓器經(jīng)濟運行的條件。1.31.3 文主要工作文主要工作（1）進行了變電站的負(fù)荷預(yù)測，闡述了無功補償?shù)囊话惴椒ê驮瓌t；（2）討論了電氣主接線設(shè)計的一般要求和原則；（3）對站用電源數(shù)量及容量進行了分析；（4）進行了短路電

12、流計算的分析，闡述了短路電流的危害和原因；（5）進行了防雷及過電保護裝置的設(shè)計。2 2 負(fù)荷預(yù)測和無功補償負(fù)荷預(yù)測和無功補償2.12.1 車間負(fù)荷預(yù)測車間負(fù)荷預(yù)測負(fù)荷預(yù)測是配電網(wǎng)規(guī)劃面臨的第一個任務(wù)，負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確程度直接關(guān)系到規(guī)劃方案的質(zhì)量。按預(yù)測時期的長短，負(fù)荷預(yù)測一般可分為長期，中期，短期和超短期四種。配電網(wǎng)規(guī)劃的負(fù)荷預(yù)測主要屬于中長期負(fù)荷預(yù)測。目前對中、長期負(fù)荷預(yù)測的研究方法主要有：（1）相關(guān)分析法相關(guān)分析法是將負(fù)荷同各種社會和經(jīng)濟因素等聯(lián)合起來考慮，通過尋找電力負(fù)荷與影響其變化的相關(guān)因素之間的關(guān)系或數(shù)學(xué)模型，來達到預(yù)測的目的。其優(yōu)點是可以清楚地看到可量測因素和負(fù)荷增長趨勢的關(guān)系，但搜

13、集這些相關(guān)因素的資料有時比負(fù)荷預(yù)測本身更困難。（2）回歸分析法回歸分析法假定負(fù)荷同一個或多個獨立變量存在因果關(guān)系，通過尋找因果關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，據(jù)此預(yù)測出將來負(fù)荷值?；貧w分析模型參數(shù)估計技術(shù)比較成熟，預(yù)測過程相對簡單。但一般為避免數(shù)據(jù)處理過于復(fù)雜，常將變量間的關(guān)系假定為線性。將偏最小二乘回歸模型應(yīng)用于年用電量預(yù)測，克服了自變量之間多重相關(guān)性的問題，使得計算結(jié)果更為可靠。在回歸分析中采用了非線性參數(shù)估計計算，從而得到更精確的預(yù)測模型。（3）時間序列分析法時間序列法將負(fù)荷數(shù)據(jù)當(dāng)做一個隨時間變化的序列進行處理，通過尋找負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)序列中的變化模式，并將該模式外推到未來進行預(yù)測。當(dāng)時間過長時會產(chǎn)生較大誤

14、差。（4）趨勢外推法趨勢外推法只需要負(fù)荷本身的歷史數(shù)據(jù)，通過尋找負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)中的負(fù)荷變化規(guī)律和特性，并將其變化模式外推到未來進行預(yù)測。該方法需要的數(shù)據(jù)量小，但由于沒有對負(fù)荷預(yù)測中的隨機成分進行統(tǒng)計處理，因此準(zhǔn)確度不高。（5）空間負(fù)荷預(yù)測空間負(fù)荷預(yù)測不僅在時間上預(yù)測未來負(fù)荷的增量，而且還預(yù)測負(fù)荷增長的空間信息。80 年代初，美國的 wllis 等人提出了空間負(fù)荷預(yù)測的概念。之后運用于空間負(fù)荷預(yù)測的方法主要有多變量法，趨勢法和用地仿真法。前兩種方法模型簡單，精度不高，己基本上不再采用，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的是用地仿真法。用地仿真法是通過建立用地仿真模型來模擬小區(qū)發(fā)展情況，將負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果分配到每個小區(qū)，具

15、有較高精度，能夠滿足中長期配電網(wǎng)規(guī)劃的要求。（6）人工智能技術(shù)隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和日益完善，人們又提出了模式識別法，組合預(yù)測法，模糊預(yù)測法，專家系統(tǒng)法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等方法。這些方法發(fā)展都不很成熟，但具有很大的應(yīng)用潛力。負(fù)荷預(yù)測的各種方法根據(jù)其自身的特點被應(yīng)用于不同的場合。趨勢外推法、相關(guān)分析法以及時間序列分析法由于其精度不高，只用在一些對精度要求不高的定性分析上?；貧w分析法、灰色模型考慮了隨機因素，預(yù)測精度較高，但要建立這些模型較為困難，目前還在進一步研究，這些方法大都應(yīng)用于要求考慮的隨機量較少的場合。人工智能技術(shù)目前越來越多地被應(yīng)用于負(fù)荷預(yù)測中，這些方法的預(yù)測精度相對較高，但由于發(fā)展還

16、不夠成熟，還在進一步探索?，F(xiàn)在負(fù)荷預(yù)測的應(yīng)用往往將多種方法同時進行預(yù)測，綜合分析得出一個結(jié)果。2.22.2 無功功率補償無功功率補償無功補償?shù)幕驹瓌t無功補償?shù)幕驹瓌t無功補償是配網(wǎng)規(guī)劃的重要組成部分。因為它是保持網(wǎng)絡(luò)無功平衡、提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗的有效措施。當(dāng)前，配網(wǎng)的狀態(tài)是：無功功率缺額很大、無功補償?shù)呐渲脴O不合理、補償設(shè)備的作用沒有充分地發(fā)揮。無功功率平衡是電壓質(zhì)量的根本保證。整個系統(tǒng)中的自然無功負(fù)荷總是大于原有的無功電源，因此必須進行無功補償。合理的無功補償和有效的電壓控制不僅可以保證電壓質(zhì)量，而且可以提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟性。在配網(wǎng)規(guī)劃原則中，要在補償中堅持“全

17、面規(guī)劃、合理布局、分級補償、就地平衡”的原則。無功補償措施無功補償措施進行網(wǎng)架規(guī)劃時是以最大負(fù)荷為依據(jù)，而實際運行時，負(fù)荷是變化的，功率因數(shù)也是變化的，通過線路的有功和無功功率都與規(guī)劃計算時大不相同，因此，導(dǎo)致某些負(fù)荷點的電壓“越限”。為了使越限的電壓恢復(fù)正常，必須采取有效措施無功補償。所謂補償，就是吸收供給適度可變的無功功率，使通過線路的無功潮流最小。補償裝置很多，如：（1）靜電電容器 靜電電容器又稱移相電容器，在電路中有兩種接法：電容和負(fù)荷電路并聯(lián)，稱并聯(lián)電容補償；電容和負(fù)荷電路串聯(lián)，稱串聯(lián)電容補償。其中，并聯(lián)補償?shù)淖饔茫?）提高負(fù)荷的功率因數(shù)；2）降低線路和變壓器中的功率和能量損耗；3）

18、降低線路、變壓器中的電壓損耗；4）提高線路和變壓器的有功傳送能力。（2）并聯(lián)電抗器 在線路末端裝設(shè)并聯(lián)線型電抗器，使它產(chǎn)生感性無功功率，與線路上多余的容性無功功率相平衡，達到控制電壓的作用。并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，價格相對便宜。在發(fā)電機端也裝設(shè)并聯(lián)電抗器，以降低發(fā)電機運行功率因數(shù)而提高電動勢。（3）靜止補償器 能升高或降低電壓，可連續(xù)調(diào)節(jié)，性能好，響應(yīng)速度快。但相對會產(chǎn)生諧波，投資大。3 3 變電所主接線方式設(shè)計變電所主接線方式設(shè)計變電所電氣主接線設(shè)計是依據(jù)變電所的最高電壓等級和變電所的性質(zhì)，選擇出一種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應(yīng)的接線方式。變電所的電氣主接線是電力系統(tǒng)接線的重要組

19、成部分。它表明變電所內(nèi)的變壓器、各電壓等級的線路、無功補償設(shè)備最優(yōu)化的接線方式與電力系統(tǒng)連接，同時也表明在變電所內(nèi)各種電氣設(shè)備之間的連接方式。一個變電所的電氣主接線包括高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)以及變壓器的接線。因各側(cè)所接的系統(tǒng)情況不同，進出線回路數(shù)不同，其接線方式也不同。3.13.1 主接線方案設(shè)計的主要原則主接線方案設(shè)計的主要原則110kV 雙電源供電的變電站一次主接線，應(yīng)根據(jù)其用電性質(zhì)、用電容量的大小以及對供電可靠性要求的程度進行選擇。在滿足供電可靠性要求的基礎(chǔ)上，盡量簡化接線，減少開關(guān)，節(jié)省投資。設(shè)計應(yīng)滿足以下幾項原則：（1）變電所主接線要與變電所在系統(tǒng)中的地位、作用相適應(yīng)。根據(jù)變電所在系

20、統(tǒng)中的地位，作用確定對主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性的要求。（2）變電所主接線的選擇應(yīng)考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求，還應(yīng)滿足電網(wǎng)出故障時應(yīng)處理的要求。（3）各種配置接線的選擇，要考慮該配置所在的變電所性質(zhì)，電壓等級、進出線回路數(shù)、采用的設(shè)備情況，供電負(fù)荷的重要性和本地區(qū)的運行習(xí)慣等因素。（4）近期接線與遠景接線相結(jié)合，方便接線的過程。（5）在確定變電所主接線時要進行技術(shù)經(jīng)濟比較。3.23.2 主接線方案設(shè)計及比較主接線方案設(shè)計及比較(1)一次側(cè)主接線采用內(nèi)橋式。此種接線運行方式簡單靈活，較為可靠。兩路電源可同時運行，也可一主一備，供電可靠性較高，是兩臺主變壓器常用的一種接線方式.此種接線方式，一

21、般適用于容量不很大的用戶，且單臺同容量變壓器互為全備用。(2)一次側(cè)為單母線分段接線。此種接線方式適用于多臺變壓器運行方式，一般用于用電容量較大的特高層，大型公建和重要工業(yè)用戶.此種結(jié)構(gòu)保護和操作相對復(fù)雜，保護采用交流或直流，對供電可靠性要求較高。（3)三路電源供電的接線方式。一般有兩種，一種為甲類供電用戶，一主二備供電方式，如天津電視塔.另一種是供電面積 10 多萬f 的建筑群體或購貨中心，由于供電能力限制，兩種電源不能互為備用，所以需要三路電源，只起雙電源作用。(4)線路變壓器組單元接線方式。此種接線適用于用電容量較小，只要求保安電源的用戶，兩路電源不能起到兩臺變壓器互為備用的作用。而且要

22、求其中一臺變壓器必須滿足全部負(fù)荷需要，另一臺變壓器可以只滿足保安電源的需要，它的特點是接線簡單，保護簡單，投資少，并能滿足用戶對供電可靠性的基本要求。(5)雙電源通母線，運行方式一主一備，不能同時運行，適用于允許停電倒閘操作和季節(jié)性用電的用戶。4 4 短路電流的計算短路電流的計算計算短路電流的目的主要是為了選擇斷路器等電氣設(shè)備或?qū)@些設(shè)備提出技術(shù)要求；評價確定網(wǎng)絡(luò)方案，研究限制短路電流措施；為繼電保護設(shè)計與調(diào)試提供依據(jù)；分析計算送電線路對通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的影響等。在電力系統(tǒng)設(shè)計中，短路電流的計算應(yīng)按遠景規(guī)劃水平年來考慮，遠景規(guī)劃水平年一般取工程建成后 5-10 年中的某一年。計算內(nèi)容為系統(tǒng)在最大運

23、行方式時各樞紐點的三相短路電流。4.14.1 短路故障產(chǎn)生的原因短路故障產(chǎn)生的原因短路是系統(tǒng)常見的嚴(yán)重故障。所謂短路，就是系統(tǒng)中各種類型不正常的相與相之間或地與相之間的短接。系統(tǒng)發(fā)生短路的原因很多，主要有 ：（1）設(shè)備原因電氣設(shè)備、元件的損壞。如：設(shè)備絕緣部分自然老化或設(shè)備本身有缺陷，正常運行時被擊穿短路；以及設(shè)計、安裝、維護不當(dāng)所造成的設(shè)備缺陷最終發(fā)展成短路的功能。（2）自然原因氣候惡劣，由于大風(fēng)、低溫、導(dǎo)線覆冰引起架空線倒桿斷線；因遭受直擊雷或雷電感應(yīng)，設(shè)備過電壓，絕緣被擊穿等。（3）人為原因工作人員違反操作規(guī)程帶負(fù)荷拉閘，造成相間弧光短路；違反電業(yè)安全工作規(guī)程帶接地刀閘合閘，造成金屬性短

24、路；人為疏忽接錯線造成短路或運行管理不善造成小動物帶電設(shè)備內(nèi)形成短路事故等。4.24.2 短路電流計算的目的短路電流計算的目的（1）電主接線比選短路電流計算可為不同方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較，并為確定是否采取限制短路電流措施等提供依據(jù)。（2）選擇導(dǎo)體和電器如選擇斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、互感器等。其中包括計算三相短路沖擊電流、沖擊電流有效值以校驗電氣設(shè)備動力穩(wěn)定，計算三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用以校驗電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性，計算三相短路容量以校驗短路器的遮斷能力等。（3）確定中性點接地方式對于 35kV 、10kV 供配電系統(tǒng)，根據(jù)單相短路電流可確定中性點接地方式。（4）選擇繼電保護裝置和整定計算

25、在考慮正確、合理地裝設(shè)保護裝置，在校驗保護裝置靈敏度時，不僅要計算短路故障支路內(nèi)的三相短路電流值，還需知道其他支路短路電流分布情況；不僅要算出最大運行方式下電路可能出現(xiàn)的最大短路電流值，還應(yīng)計算最小運行方式下可能出現(xiàn)的最小短路電流值；不僅要計算三相短路電流而且也要計算兩相短路電流或根據(jù)需要計算單相接地電流等。4.34.3 短路電流計算方法概述短路電流計算方法概述在發(fā)電廠、變電所的電氣設(shè)計中，短路電流計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)，也是電氣設(shè)計的主要計算項目，其目的有以下幾個方面：(1)在選擇電氣主接線時，為比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流措施等均要進行必要的短路電流計算。(2)在選擇電氣設(shè)備時，如高壓斷路器，隔離開關(guān)等，為保證設(shè)備在正常運行和故障情況下都能安全可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。例如：計算某一時刻的短路電流有效值，用以校驗開關(guān)設(shè)備的開斷能力和確定電抗器的電抗值。計算短路后較長時間短路電流有效值，用以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定；計算短路電流的沖擊值，用以校驗設(shè)備的動穩(wěn)定。(3)在計算屋外高壓配電裝置時，需要短路條件校驗的相間和相對地的距離。在選擇繼電保護方式和進行整