電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)論文

Title:DesignofElectricalAutomation110-35kvSubstationforElectricalEngineeringandAutomationGraduationThesisAbstract:Thisgraduationthesisfocusesonthedesignofanelectricalautomation110-35kvsubstation.Thethesisanalyzestheoriginaldata,designstheelectricalmainwiring,determinestheelectricaldesign,calculatestheshort-circuitcurrent,andconfigurestherelayprotection.Chapter1:AnalysisofOriginalData1.1DesignVoltageLevelThedesignvoltagelevelofthesubstationis110-35kv.1.2PowerLoadThepowerloadofthesubstationneedstobeanalyzedtoensurethatitcanmeettheneedsoftheelectricalsystem.Chapter2:DesignofElectricalMainWiring2.1MainWiringConnectionMethodThemainwiringofthesubstationcanbeconnectedinvariousways,andtheappropriateconnectionmethodneedstobeselectedaccordingtotheactualsituation.2.2SelectionofElectricalMainWiringTheselectionofelectricalmainwiringisanimportantpartofthesubstationdesign.Theappropriatewiringneedstobeselectedbasedontheloadandvoltagelevel.Chapter3:DesignofElectricalUse3.1GeneralPrinciplesofElectricalUseWiringThedesignofelectricalusewiringneedstofollowcertainprinciplestoensuresafetyandreliability.3.2DeterminationofElectricalUseWiringMethodTheappropriateelectricalusewiringmethodneedstobedeterminedbasedontheloadandvoltagelevel.3.3AutomaticSwitchingDeviceforBackupPowerSupplyThesubstationneedstobeequippedwithanautomaticswitchingdeviceforbackuppowersupplytoensurethenormaloperationoftheelectricalsystem.Chapter4:CalculationofShort-CircuitCurrent4.1PurposeofShort-CircuitCalculationThepurposeofshort-circuitcalculationistoensurethesafetyandstabilityoftheelectricalsystem.4.2Short-CircuitCalculationProcessTheshort-circuitcalculationprocessneedstobecarriedoutbasedontheactualsituationofthesubstation.Chapter5:ConfigurationofRelayProtection5.1ConfigurationofSubstationBusbarProtectionThesubstationbusbarneedstobeequippedwithappropriaterelayprotectiontoensurethesafetyandstabilityoftheelectricalsystem.為110kV，是一座降壓變電所。變電所的主要任務(wù)是將電力系統(tǒng)中的高電壓輸電線路中傳輸?shù)碾娔茏儞Q為低電壓電能，以供給用戶使用。在本章節(jié)中，我們將對(duì)所得到的原始資料進(jìn)行分析，以確定變電所的主接線方案。1.2根據(jù)任務(wù)書所給的系統(tǒng)與線路參數(shù)，我們首先對(duì)負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。通過考慮擬建變電站的概括及出線方向，并結(jié)合對(duì)負(fù)荷資料的分析，我們確定了110kV主接線方案。這一方案考慮了安全、經(jīng)濟(jì)和可靠性等因素。1.3接著，我們進(jìn)行了負(fù)荷計(jì)算，并確定了主變壓器臺(tái)數(shù)、容量和型號(hào)。同時(shí)，我們也確定了站用變壓器的容量和型號(hào)。在根據(jù)最大持續(xù)工作電流及短路計(jì)算結(jié)果，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了選型校驗(yàn)。這些步驟確保了變電所的一次設(shè)備能夠滿足其設(shè)計(jì)要求。1.4為了保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，我們還對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明。同時(shí)，我們也考慮了外部雷電過電壓的影響，對(duì)防雷保護(hù)和接地裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，我們對(duì)整體進(jìn)行了規(guī)劃布置，從而完成了110kV變電所一次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，本次設(shè)計(jì)的電壓等級(jí)為110/35KV。1.2電源負(fù)荷地理位置情況1.電源分析本所連接的系統(tǒng)電源共有3個(gè)，其中110KV兩個(gè)，35KV一個(gè)。具體情況如下：1）110KV系統(tǒng)變電所該所電源容量為200MVA（以火電為主），在該所等電壓母線上的短路容量為650MVA，該所與本所的距離為9KM，以一回路與本所連接。2）110KV火電廠該廠距離本所12KM，裝有3臺(tái)機(jī)組和兩臺(tái)主變，以一回線路與本所連接。3）35KV系統(tǒng)變電所該所距本所7.5KM，以一回線路相連接，在該所高壓母線上的短路容量為250MVA。以上3個(gè)電源，在正常運(yùn)行時(shí)，主要是由兩個(gè)110KV級(jí)電源來供電給本所。35KV變電所與本所相連的線路傳輸功率較小，為聯(lián)絡(luò)用。當(dāng)3個(gè)電源中的某一電源出故障，不能供電給本所時(shí)，系統(tǒng)通過調(diào)整運(yùn)行方式，基本是能滿足本所重要負(fù)荷的用電，此時(shí)35KV變電所可以按合理輸送容量供電給本所。2.負(fù)荷資料分析1）35KV負(fù)荷用戶名稱容量（MW）距離（KM）備注化工廠3.515Ⅰ類負(fù)荷鋁廠4.313Ⅰ類負(fù)荷水廠1.85Ⅰ類負(fù)荷注：35KV用戶中，化工廠，鋁廠有自備電源。2）10KV遠(yuǎn)期最大負(fù)荷3）本變電所自用負(fù)荷約為60KVA。4）一些負(fù)荷參數(shù)的取值：負(fù)荷功率因數(shù)均取cosφ=0.85，負(fù)荷同期率Kt=0.9c，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax＝4800小時(shí)/年，表中所列負(fù)荷不包括網(wǎng)損在內(nèi)，故計(jì)算時(shí)因考慮網(wǎng)損，此處計(jì)算一律取網(wǎng)損率為5%。各電壓等級(jí)的出線回路數(shù)在設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際需要來決定。各電壓等級(jí)是否預(yù)備用線路請(qǐng)自行考慮決定。第2章電氣主接線設(shè)計(jì)電氣主接線是變電所電氣設(shè)計(jì)的首要核心部分，也是電力構(gòu)成的重要環(huán)節(jié)。電氣主接線設(shè)計(jì)是依據(jù)變電所的最高電壓等級(jí)和變電所的性質(zhì)，選擇出某種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應(yīng)的接線方式。2.1主接線接線方式2.1.1單母線接線單母線接線的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備少，操作方便，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。2.2.5雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)在于其供電可靠，能夠輪流檢修一組母線而不致使供電中斷。當(dāng)一組母線故障時(shí)，能夠迅速恢復(fù)供電，并且只需停該回路的母線隔離開關(guān)進(jìn)行檢修。此外，雙母線接線的調(diào)度靈活，各個(gè)電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能夠靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要。在擴(kuò)建方面，向雙母線的左右任何一個(gè)方向擴(kuò)建，均不會(huì)影響兩組母線的電源和負(fù)荷均勻分配，也不會(huì)引起原有回路的停電。然而，雙母線接線也存在一些缺點(diǎn)，如設(shè)備的數(shù)量較多，造價(jià)較高。此外，該接線方式的容量較小，適用范圍主要在110-500KV的電壓等級(jí)。雙母線分段接線是一種常用的電氣配電裝置，具有靈活性和擴(kuò)建優(yōu)點(diǎn)。該接線方式適用于6-10KV、35KV和110-220KV配電裝置，其中35KV配電裝置可采用單母分段帶旁母或雙母接線方案。針對(duì)35KV出線為4回，負(fù)荷較大的情況，方案Ⅰ單母分段帶旁母可靠性較差，但經(jīng)濟(jì)性較好，適合投資小的情況。而方案Ⅱ雙母接線雖然可靠性高，但投資和占地面積大，適合投資大的情況。對(duì)于110KV配電裝置，可采用橋行接線或單母接線方案。Table2.3:Comparisonof110KVMainConnectionSchemesSchemeTechnicalEconomicSchemeI:InternalBridgeConnectionSchemeII:Single-phaseSegmentation①Simpleandclearoperation,clearandsimplelines①Lesslandoccupation,lessinvestment②Flexibledispatch,convenientandreliable,easytodevelop②LessuseofcircuitbreakersReliabilityandflexibilityarenotasgoodasSchemeII,butSchemeIhasgoodeconomicbenefits.SchemeI,withlessinvestment,canbechosen.Chapter3:DesignofPowerConsumptionThepowerconsumptioninasubstationisanimportantload,sowhendesigningthepowerconsumption,therequirementsforreliableoperation,convenientmaintenanceandrepair,andthedevelopmentplanofthesubstationshouldbeconsidered.Appropriatesolutionsshouldbefoundfortheproblemscausedbyconstruction,andnewtechnologiesandequipmentthathavebeenevaluatedshouldbeadoptedactivelyandprudently,sothatthedesigncanbeeconomicallyreasonable,technicallyadvanced,andensurethesafetyandeconomicoperationofthesubstation.3.1GeneralPrinciplesofPowerConsumptionWiring1)Meetthegeneralrequirementsofsafety,reliability,flexibility,economy,maintenance,andrepairduringnormaloperation.2)Minimizethescopeofthepowerconsumptionsystem'sfailureimpactandavoidcausingpoweroutagesintheentiresubstation.3)Fullyconsiderthepowersupplyrequirementsundernormal,accident,maintenance,andstartingoperationsofthesubstation,andmaketheswitchingoperationsimple.3.2DeterminationoftheCapacityTypeofPowerConsumptionThecapacityofthestationtransformershouldmeettheneedsofregularloads.Forsubstationswithimportantloads,thecapacityoftheothertransformershouldbeabletoensure60-70%ofthetotalloadwhenonetransformerisoutofservice.SinceSstation=60KVAandislimitedbytheaboveconditions,eachofthetwostationtransformersshouldbear30KVA.Whenoneisoutofservice,theothershouldbear70%,whichis42KVA.Therefore,two50KVAmaintransformerscanmeettheloadrequirements.ConsideringthecurrentsituationofdistributiontransformermanufacturersinChinaandthegoalofgraduallytransitioningtooil-freepowerequipment,dry-typetransformerscanbeused.Table3.1:S9-50/10TransformerParameterTableVoltageCombinationModelHighVoltageConnectionGroupMarkHighVoltageSeparationLowVoltageNumberConnectionRangeNo-loadLossLoadLossImpedanceVoltageCurrent0.10.82.8477S9-50/10±5%10;6.3;0.4Y,yn1063.3DeterminationofPowerConsumptionWiringMethodInthemainconnectiondesign,thepowerconsumptionwiringmethodisselectedassingle-phasesegmentation.Twostationtransformersareusedasbackups,withthesamecapacityandmodel,andareconnectedtodifferentbusbars.3.4AutomaticSwitchingDeviceforBackupPowerSupply3.4.1RoleofAutomaticSwitchingDeviceforBackupPowerSupplyThegoaloftheautomaticswitchingdeviceforbackuppowersupplyistoeliminateorreducelossesandensureuninterruptedpowersupplyforusers.BZT是一種自動(dòng)裝置，能在工作電源因故障被斷開時(shí)，迅速自動(dòng)將備用電源投入或?qū)⒂秒娫O(shè)備自動(dòng)切換到備用電源上，以避免用戶停電。BZT適用于發(fā)電廠、變電所、配電所等場(chǎng)所，可以提高供電可靠性，節(jié)省建設(shè)投資，簡(jiǎn)化繼電保護(hù)裝置，限制短路電流，提高母線殘壓。BZT裝置應(yīng)滿足基本要求，如能在工作母線突然失壓時(shí)動(dòng)作，判斷工作電源斷路器切實(shí)斷開，動(dòng)作過程中使負(fù)荷中斷供電的時(shí)間盡可能短等。在變電所中，BZT裝置的工作過程包括110KV側(cè)BZT、35KV側(cè)BZT、10KV側(cè)和所用電BZT等。短路電流是電力系統(tǒng)中最常見也最危險(xiǎn)的故障之一，因此進(jìn)行短路電流計(jì)算非常重要，可以在選擇電氣主接線時(shí)比較各種接線方案或確定是否需要采取限制短路電流的措施。在選擇電氣設(shè)備時(shí)，需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算，以保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時(shí)又力求節(jié)約資金。設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需要按短路條件檢驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相對(duì)地的安全距離。在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需要以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。短路計(jì)算過程中，根據(jù)資料，可以將110KV火電廠的阻抗歸算為0.232。而變電所可以視為無限大電源，根據(jù)資料得出其短路電流為6.5，35KU變電所的短路容量為250MVA，因此其短路電流為2.5KA。電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)論文本文研究了一個(gè)待設(shè)計(jì)的變電所的電氣參數(shù)。該變電所與三個(gè)不同電壓等級(jí)的變電所相連，分別為110KV變電所、35KV變電所和22KV變電所。通過計(jì)算距離和阻抗，得出了各個(gè)變電所之間的等效電抗值。待設(shè)計(jì)變電所中各繞組的等值電抗值也被計(jì)算出來。通過簡(jiǎn)化主接線圖，得到了短路時(shí)的阻抗圖。最終計(jì)算出了該變電所的阻抗值為0.248，其中考慮了有限大電源的影響?？偟膩碚f，本文對(duì)待設(shè)計(jì)變電所的電氣參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究和計(jì)算，為實(shí)際建設(shè)提供了重要的參考。根據(jù)短路電流周期分量運(yùn)算曲線，取T=0S，可以得到以下結(jié)果：I1*=4.324，I2*=5.525，I3*=1.134。將它們代入公式"I"f=(I1*+I2*+I3*)×IB，其中IB=3×115A，可以得到短路電流為5.514KA?？紤]沖擊系數(shù)為1.8時(shí)，可以計(jì)算出Iim=14.034KA。用公式"S"=(I1*+I2*+I3*)×SB，其中SB=3×115×10^6VA，可以得到短路容量為1098.3MV.A。對(duì)于35KV側(cè)的短路計(jì)算，可以根據(jù)圖4進(jìn)行Y->Δ變換。根據(jù)圖4.7中的K2點(diǎn)短路阻抗圖，可以計(jì)算出X14=0.910，X20=0.625，X21=0.627。根據(jù)公式Xjs=X14×X20×X21，可以得到Xjs=0.853。再利用公式I"f=(I1*+I2*+I3*)×IB，可以得到短路電流為6.930KA?？紤]沖擊系數(shù)為1.8時(shí)，可以計(jì)算出Iim=17.638KA。用公式"S"=(I1*+I2*+I3*)×SB，可以得到短路容量。設(shè)計(jì)本章主要介紹變電站的防雷接地設(shè)計(jì)。防雷接地是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施之一。在此設(shè)計(jì)中，我們采用了以下措施：6.1防雷接地的基本原則防雷接地的基本原則是將設(shè)備和建筑物的金屬部分接地，使其與大地保持電勢(shì)一致，以達(dá)到防雷的目的。在此設(shè)計(jì)中，我們采用了深埋式接地和水平接地兩種方式，以保證接地電阻小、穩(wěn)定性好、防雷效果顯著。6.2變電站的防雷接地設(shè)計(jì)1、深埋式接地在變電站的主變、母線、開關(guān)設(shè)備等重要設(shè)備周圍采用深埋式接地，以保證接地電阻小、穩(wěn)定性好。同時(shí)，在接地極上設(shè)置接地網(wǎng)，以提高接地效果。2、水平接地在變電站的一般建筑物周圍采用水平接地，以保證接地電阻小、穩(wěn)定性好、施工方便。同時(shí)，在接地極上設(shè)置接地網(wǎng)，以提高接地效果。3、防雷裝置在變電站的重要設(shè)備和建筑物上設(shè)置防雷裝置，以保護(hù)設(shè)備和建筑物免受雷擊。同時(shí)，防雷裝置的接地部分也要采用深埋式接地或水平接地，以保證接地電阻小、穩(wěn)定性好?？傊驹O(shè)計(jì)采用了深埋式接地、水平接地和防雷裝置等措施，以保證變電站的防雷接地效果顯著，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。：選擇避雷器時(shí)，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的額定電壓UN來確定避雷器的額定電壓Ur，應(yīng)保證Ur大于等于被保護(hù)設(shè)備的額定電壓UN。3、額定放電電流IN：選擇避雷器時(shí)，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的額定電流IN來確定避雷器的額定放電電流Ir，應(yīng)保證Ir大于等于被保護(hù)設(shè)備的額定電流IN。4、過電壓保護(hù)等級(jí)：選擇避雷器時(shí)，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平和使用環(huán)境等因素，確定避雷器的過電壓保護(hù)等級(jí)，應(yīng)保證該等級(jí)能夠保護(hù)被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平。5、極限耐壓：選擇避雷器時(shí)，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的額定電壓UN來確定避雷器的極限耐壓，應(yīng)保證極限耐壓大于等于被保護(hù)設(shè)備的額定電壓UN。在選擇避雷器時(shí)，還應(yīng)考慮其它因素，如耐久性、可靠性、維修方便等，以保證避雷器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。避雷器的額定電壓應(yīng)與系統(tǒng)的額定電壓一致。為了保護(hù)變壓器，必須限制侵入波陡度和流過避雷器的沖擊電流幅值。避雷器的殘壓與雷電流的大小有關(guān)，過大的雷電流會(huì)導(dǎo)致避雷器損壞。因此，必須增加輔助保護(hù)措施配合避雷器共同保護(hù)變壓器，這一輔助措施就是進(jìn)線段保護(hù)。為了限制侵入波的陡度和幅值，使避雷器可靠動(dòng)作，變電所必須有一段進(jìn)線段保護(hù)。如果線路沒有進(jìn)線段保護(hù)，雷直擊變電所附近導(dǎo)線時(shí)，流過避雷器的雷電流幅值和陡度是有可能超過容許值的。本設(shè)計(jì)中采用的是在進(jìn)線1～2km范圍內(nèi)裝設(shè)避雷器。接地裝置是將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地相連，使該物體或節(jié)點(diǎn)與大地保持等電位。在接地設(shè)計(jì)中，要滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》中R≤2000/I是非常困難的?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與原接地規(guī)程有一個(gè)很明顯的區(qū)別是對(duì)接地電阻值不再規(guī)定要達(dá)到0.5Ω，而是允許放寬到5Ω，但這不是說一般情況下，接地電阻都可以采用5Ω。在接地故障電流較大的情況下，為了滿足要求，接地電阻的合格值應(yīng)根據(jù)工程的具體條件，在滿足附加條件要求的情況下，不超過5Ω都是合格的。220kV及以下變電站地網(wǎng)網(wǎng)格布置采用長(zhǎng)孔網(wǎng)或方孔網(wǎng)，接地帶布置按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，水平接地帶間距通常為5m-8m。除了在避雷針（線）和避雷器需加強(qiáng)分流處裝設(shè)垂直接地極外，在地網(wǎng)周邊和水平接地帶交叉點(diǎn)設(shè)置2.5m-3m的垂直接地極，進(jìn)所大門口設(shè)帽檐式均壓帶，接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)是水平地網(wǎng)與垂直接地極相結(jié)合的復(fù)合式地網(wǎng)。文章格式已經(jīng)修正，下面是修改后的文章：長(zhǎng)孔和方孔地網(wǎng)的網(wǎng)格布置尺寸通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的，沒有輔助計(jì)算程序，也沒有對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，因此設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單和粗略。由于接地網(wǎng)邊緣部分的導(dǎo)體散流大約是中心部分的3-4倍，所以地網(wǎng)邊緣部分的電場(chǎng)強(qiáng)度比中心部分高，電位梯度較大，整個(gè)地網(wǎng)的電位分布不均勻。此外，接地鋼材用量多，經(jīng)濟(jì)性差。在220kV及以下的變電工程中，采用長(zhǎng)孔網(wǎng)或方孔網(wǎng)的缺點(diǎn)不太突出，因?yàn)槿氲毓收想娏飨鄬?duì)較小，地網(wǎng)面積不大。但在500kV變電站中采用這種網(wǎng)格布置方式的缺點(diǎn)會(huì)十分明顯，因此建議500kV變電站不采用長(zhǎng)孔或方孔地網(wǎng)。6.3.3降低接地網(wǎng)電阻的措施1.利用地質(zhì)鉆孔埋設(shè)長(zhǎng)接地極根據(jù)接地理論分析，接地網(wǎng)邊緣設(shè)置長(zhǎng)接地極可以加強(qiáng)邊緣接地體的散流效果，從而降低接地電阻并穩(wěn)定地網(wǎng)電位。如果用打深井來裝設(shè)長(zhǎng)接地極，則施工費(fèi)用很高。因此，利用地質(zhì)勘察鉆孔埋設(shè)長(zhǎng)接地極可以大大節(jié)省施工費(fèi)用。但需要注意的是，利用地網(wǎng)邊緣的地質(zhì)鉆孔時(shí)，間距不應(yīng)小于接地極長(zhǎng)的兩倍。鉆孔需要伸入地下含水層，否則未插入到含水層的長(zhǎng)接地極降阻效果會(huì)差。2.使用降阻劑在高土壤電阻率區(qū)的接地網(wǎng)施工中，使用降阻劑可以降低接地電阻。在變電站或發(fā)電工程中，使用膨潤(rùn)土降阻劑和碳基類降阻劑的例子很多。據(jù)了解，多個(gè)使用降阻劑的工程，接地完工后測(cè)量接地電阻情況都不錯(cuò)。但由于缺乏長(zhǎng)期的跟蹤監(jiān)測(cè)，對(duì)降阻劑性能的長(zhǎng)效性和對(duì)接地極材料的腐蝕性的信息返回較少。確實(shí)也有質(zhì)量差的降阻劑，降阻效果不