企業(yè)降壓變電所電氣初步設計【獨家課程畢業(yè)設計含4張CAD圖紙+帶任務書+開題報告+外文翻譯】

企業(yè)降壓變電所電氣初步設計【獨家課程畢業(yè)設計含4張CAD圖紙+帶任務書+開題報告+外文翻譯】

企業(yè)降壓變電所電氣初步設計

摘  要

本設計以變電站為研究對象。變電站不僅僅是電力系統(tǒng)的一個重要的組成部分，而且也是電廠和用戶之間的樞紐。主電路電氣配線的設計以及開發(fā)，要對整個變電站電氣設備做出正確的選擇，其中包括配電設備裝置，繼電保護和自動裝置等設備。

在初步了解變電站的概念后，根據(jù)任務書上的要求，查閱相關的參考文獻，進一步了解所需要做的事情。由線路和負載的相關參數(shù)，計算出相應的負荷，進行無功功率補償。然后根據(jù)變電站的位置及出線方向來考慮，并對負荷進行數(shù)據(jù)分析，考慮安全性，經(jīng)濟性以及可靠性，確定10KV站以及電氣主布線，之后通過負載計算和供給的范圍，確定變壓器的容量和臺數(shù)以及型號，進行相關的短路電流計算。再根據(jù)設計要求選擇斷路器，隔離開關，變壓器和保護裝置的型號，最后還對相應的繼電保護和防雷措施進行了簡單的設計。

總而言之，一定要確保供電系統(tǒng)的安全和可靠性，在此基礎上再考慮其經(jīng)濟性，從而完成變電所的設計。

關鍵詞：主接線；數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)計算；變壓器；可靠性

Abstract

The design of transformer substation as the research object. Substation is not only power system an important component, and is also a hub between the power plants and users. Main circuit's electrical wiring design and development, it is necessary to make the right choice of the whole substation electrical equipment, including power distribution equipment, relay protection and automation device, equipment.

After a preliminary understanding of the concept of the substation, according to the requirements of the task book, refer to the relevant reference, to further understand the things that need to be done. The corresponding load is calculated by the parameters of the line and the load, and the reactive power compensation is carried out. After according to the substation location and outlet direction to consider, and the load for data analysis, consider the safety, economy and reliability, determine the 10kV station and main electrical wiring, after through the load calculation and supply determined transformer capacity and number of units, and types, related to the short-circuit current calculation.?According to the design requirements of the circuit breaker, isolating switch, transformer and the protection of the device model, and finally to the corresponding protection and lightning protection measures for a simple design.?

In short, we must ensure the safety and reliability of the power supply system, based on the consideration of its economy, so as to complete the design of substation.

Key words: main connection; data analysis; calculation data; transformer; reliability

目  錄

摘  要 I

Abstract II

1  緒論 1

1.1 設計背景 1

1.2 變電所的總體分析 1

1.3 設計思路 1

2  負荷計算 3

2.1 負荷分級及計算過程 3

2.1.1負荷分級 3

2.1.2負荷計算過程 3

2.1.3 0.4kV側負荷的計算 4

3  無功功率補償 7

3.1 無功電源的組成及補償裝置的選擇 7

3.3 無功補償?shù)拇_定 7

4  變電所位置和主變壓器的選擇 9

4.1 變電所位置確定的一般原則 9

4.2變壓器實際容量的計算 9

4.3主變壓器臺數(shù)的確定以及型號的選擇 9

4.4主變壓器的運行方式 10

5  主接線方式的選擇 11

5.1 電氣主接線設計的基本要求 11

5.2 主接線的設計 11

6  短路電流的計算 12

6.1 確定基準值 12

6.2 計算各元件電抗標幺值 12

6.3 k-1故障點的短路電流計算 13

6.4 k-2故障點的短路電流計算 13

7  變電所一次設備的選擇與校驗 15

7.1 變電所高壓一次設備的介紹 15

7.2 一次設備的選擇與校驗的條件和項目 15

7.3 變電所10kV側一次設備的選擇 17

7.4 變電所380V低壓一次設備的選擇 19

7.6 變電所進出線的選擇 20

8  繼電保護及二次回路的選擇 23

8.1 變電所二次回路方案的選擇 23

8.2繼電保護裝置 23

8.2.1反時限過電流保護 23

8.2.2電流速斷保護 24

8.3 電力線路的繼電保護設計 25

9  防雷保護的設計 27

9.1 避雷針的配置原則 27

9.2 防雷設計 27

9.3 確定最終的防雷方案 28

結論與展望 29

致  謝 30

參考文獻 31

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企業(yè)降壓變電所電氣初步設計.doc

企業(yè)降壓變電所電氣初步設計任務書.doc

企業(yè)降壓變電所電氣初步設計開題報告.doc

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電氣主接線圖.dwg

繼電保護圖.dwg

防雷設計圖.dwg

諧波傳播在電力配電系統(tǒng)設計中的影響 J. A. W. A. J. A. 要 本文介紹了 電力配電系統(tǒng)的參數(shù)設計對諧波失真的傳播所產(chǎn)生的影響。這種理論的研究主要是基于模擬一個被推廣的配電系統(tǒng)模型，從而進一步了解了電壓失真產(chǎn)生和傳播的機理。并且通過分析可以預測變更設計參數(shù)對電壓波形失真產(chǎn)生的影響。 關鍵詞 ： 配電系統(tǒng)；電壓波形失真；諧波；電能質量；電力系統(tǒng)阻抗 1. 導言 在電力配電系統(tǒng)中，由于非線性負荷的逐漸增加， 設備制造者逐漸開始考慮電壓波形的諧波污染 。電壓波形失真導致許多不利的影響，尤其在開放的電力市場，甚至擔心在不久的將來電壓波形失真會繼續(xù)增加。在世界的許多地方，通過對設備的諧波線電流強制進行適當?shù)陌l(fā)射限制，使得實際的電壓波形失真程度保持在計劃的水平之內。 為了決定適當?shù)脑O備發(fā)射限度，測量活動和仿真都需要在一個實際的網(wǎng)絡中研究諧波的傳播。首先，相對于測量來說，進行仿真似乎更容易和經(jīng)濟些。然而，參數(shù)和設計策略在不同網(wǎng)絡之間存在許多不同之處，需要做出大量必須的仿真數(shù)據(jù)。另外，許多參數(shù)都是未知的和需要估計的，或者甚至被忽視，導致得到的結果遠遠不同于測量出的 數(shù)據(jù)。最后，因為諧波傳播的研究主要局限于相當特殊的情況，所以關于諧波傳播的機理和對電力配電系統(tǒng)的影響的基本觀點還有待于研究。 本文研究了不同配電系統(tǒng)的參數(shù)設計對諧波失真的傳播所產(chǎn)生的影響，研究是以一個被推廣的配電饋線模型為基礎分析得到的，這種模型的參數(shù)可以改變。在 文獻 [9]中介紹 了基于模擬和一個特例得到的一些初步和定性的結論。然而本文采用了相對基本的方法，分析過程和數(shù)量的結果得知可以合理地預測變更設計參數(shù)對電壓波形失真所產(chǎn)生的沖擊，并且通過仿真驗證了分析預測的正確性，然后進一步分析了包括與電力系統(tǒng)諧振相關的 分布電容的影響。 2. 基本電力系統(tǒng)的安裝 絡拓撲結構 為了研究不同配電系統(tǒng)參數(shù)對諧波傳播的影響，采用了典型中壓（ 電系統(tǒng)的單一化模型（圖 1）。澆注通常耦合點式的高中壓（ V）變壓器通過它的短路阻抗 示，通過一些相同的和平行的饋電線與負載連接，饋電線呈放射狀并且每條線有五個節(jié)點。系列阻抗 Zs,k 表示為互相連接的饋電線節(jié)點間導體阻抗。 中低壓變壓器可能位于中壓母線和饋電線（ 1a）之間，或者位于饋電線節(jié)點和負載（ 1b）之間。歐洲大部分地區(qū)采用前者，其需要較長的低壓（ 電線 ，而后者經(jīng)常用在北美洲的許多區(qū)域，其需要較長的中壓（ 電線。 被連接到波節(jié)的負載可以看做理想的電流源；當適度的電壓波形失真程度 (總諧波失真（ 4 和產(chǎn)生更大的縮減因數(shù)。 對于相同的例子，當在進入饋線導體（舉例來說，通過中間的中低 壓變壓器和 Y? 連接起來）以前忽略零序電流阻抗時，導體截面的總的諧波壓降的縮減因數(shù)幾乎相同： 222 2 2, 3 / 1 3 / 122,3 / 1( ) ( )()sh n e u t r a l h h h hh n o n e u t r a h k h I h I h? ? ? ??????????（ 6） 對于表 1 中的線路電流光譜，在六線制中當 時縮減因數(shù)（ 6）等于 在對稱的四線制中當 時縮減因數(shù)變?yōu)?際上，在六線制中忽略零序電流是不符合實際的；因此計算出的總的縮減因數(shù)是純粹的理論值。 壓器配置 由 于中低壓變壓器，與 ΔY 制連接的半導體，因此減少始端 高中壓變壓器（在 諧波壓降等原因，半導體有可能不通電。使用公式（ 1）并且假設是平衡負載，在 計算電壓波形失真的縮減因數(shù)： 222 2 23 / 1 3 / 1223 / 1()()( ) ( )()P C C n e t r a C n o n e u t r a h h D D h k h I h? ? ? ????????(7) 示高中壓變壓器的零序阻抗與正序阻抗的比值。對于表 1 中負載的電流光譜和，在 電壓波形失真的縮減量為 4. 決定電力系統(tǒng)諧波傳播的基本因數(shù) 在以上章節(jié)里，為了估計對電力系統(tǒng)參數(shù)的影響，在網(wǎng)絡上進行了仿真，如圖 1。在此忽略了中低壓變壓器的阻抗，也就是說 ||0。通過研究表明，在第五部分對中低壓變壓器的非零阻抗做了假設。在本部分忽略分布電容的作用；對于適當?shù)酿侂娋€長度（幾公里的電纜線和數(shù)十公里的架空線），分布電容通常可以使高次諧波引入的電流非常小。分布電容的作用見第六部分。 在功率因數(shù) =1 的情況下一條饋線的總負載等于 1 負載是平衡負載并且均等的分配在饋電線的各個波點之間。在所有的仿真實驗中，第一個饋電線的波點（最靠近 電壓控制到 |自高壓母線的電壓源的 波形是標準的正弦曲線。導致失真的負載（在表 1 中具有線性電流光譜）占所有基本負載的 10%，而剩下的線性負載只產(chǎn)生基級電流。 為了符合 準 [14]，當計算 時只考慮前四十次諧波。經(jīng)過公式（ 4）的類推，饋電線的總的諧波壓降 Δ義為： 40 2152 ( ) ( )F h F h V h?? ? ??（ 8） 這種計算方法在 電壓波形失真和饋線末端之間存在差異。的確，除了當半導體不導電時，如果以“每單位”表示時，本文中運行條件需要考慮下面的近似值： 5( ) ( )P C C F D V T H D V V? ? ?（ 9） 表 2 中總結了被確認的仿真結果并且將會在下面的部分中進行討論。把第一次的模擬作為基準，其它所有變更參數(shù)所產(chǎn)生的影響都需要和第一次的進行比較。 壓器的選擇 從表 2 的第 1模擬的比較可以解釋變壓器參數(shù)對電壓波形失真的影響，并且在圖 2a 中表示出來。從 分中得知，與一號仿真（基準）相比，二號和三號模擬中變壓器的調節(jié)阻抗值分別為 和 ，因此認為它導致 電壓 有相同因數(shù)的減少。 在饋電線的末端，饋線 導體的諧波壓降使得電壓 是 的好幾倍；這個結論和法國低壓系統(tǒng) [13]最近的測量結果相符合。因為饋線導體的總諧波壓降在 1， 2和 3 號之間保持不變，所以在饋線末端電壓 的減少量相當小而且大約與 的相等。 表 2 不同網(wǎng)絡參數(shù)的 壓值 總之，在 變壓器阻抗對電壓波形失真的影響相當重要，但是在饋線末端由于饋線導體的諧波壓降對其影響較大，電壓波形失真就不是太重要了。當變壓器阻抗增加或者感性增強時，在 的電壓波形失真就會增加。 電導線類型 對電壓畸變的饋線導體類型的影 響是通過模擬 4–6 號從表 2 說明。結果圖形化表示 2 b 為模擬 4 號 , 導體阻抗的相位角由 55 降低到 30 與仿真 1 相比。根據(jù) 分，這會導致饋線的諧波阻抗，以減少一個因素 如預期的那樣，總諧波該機 過來，這導致電壓 著降低饋線的一端。比較仿真時，得到了類似的結果編號 1 和 5，其中導體阻抗角從 55 增加到 80（引起饋線的諧波阻抗增加約 并為模擬 6 號，這里的預期位移系數(shù)增加從 感）至 1（引起饋線的諧波阻抗增加約 值得注意的是，預期的基本位移因子增 加（模擬編號 1 和 6）比增加的相位角導體阻抗（模擬編號 1 和 5）有更多的影響。 在 壓 影響很小。然而，值得注意的是在 壓 有降低，當導體阻抗角增大。這是造成的相位角的多樣性之間的節(jié)點 [ 11 ]，并變得越來越重要，越來越多的諧波訂單和越來越多的感應導體。負載電流越高的諧波越強，這種效果就越明顯；例如在 [ 9 ]。 最后，對電壓畸變的饋線導體阻抗的影響，在饋電端相當重要，但 非常小的 變壓器的阻抗類似，它原來的饋線的諧波電壓降的饋線增加時，（基本）導體阻抗的增加或變得更加感性。 電導線 漸變 饋線導線對電壓的失真影響可以通過表 2 的模擬 1、 7 和 8 來解釋的。結果在圖 2 1 號模擬相比，模擬編號 7 和 8 的錐形系數(shù)從 1 增加到 3 和 5。這個在 主要是由于平等計算的基本電壓降準則導體段阻抗 K（ 分） 。因此，饋線導體逐漸減少將不在本文中進一步探討。 性線的做法 線指揮安排 中斷中性導體上的電壓畸變的影響可以通過表 2 的模擬 1、 9 和 10 來解釋。結果在圖 3A 表示。在模擬的 9 號，中性導體中斷器和負荷節(jié)點的 壓器之間的阻抗可忽略不計 0。此之前的預期降低電壓 分 )匹配模擬得很好。此外，減少的饋線的諧波電壓降（約 因子作為預測在 分）在饋電端會導致相當大的減少電壓 相同的諧波電壓降低在 部比較時發(fā)現(xiàn)模擬號 1 和 10，其中，在后者中，中性導體在 無阻抗 0 斷。然而，該線路的諧波電壓降不受影響導致只有一小部分在機端電壓 線 指揮安排 在模擬的 11 號和 12 號，一個六導線導線布置代替四線導線布置的仿真 1 號。結果在圖 3b 表示。仿真結果吻合較好，預測的總諧波電壓降的導體（一個因素 又造成了相當大的減少電壓 饋電端。 最后，在模擬的 12 號，中性導體在 無阻抗 0 斷。與四線導線布置，這減少了 壓 于模擬號 9 和 10 的值），但不是諧波電壓降的導體當于模擬 11 號的價值），收益的只有一小部分的電壓 饋電端。 論 中性線實踐意義重大影響了整個的電壓畸變分配系統(tǒng) , 因為它會影響由零序電流引起的諧波電壓降。斷開中性導體總是減少在 壓畸變，而且諧波電壓降的饋線導體中斷上游。也在四導線和六線導體安排之間切換降低了饋線導體的諧波電壓降。 在歐洲和北美電力系統(tǒng)設計之間的區(qū)別 力系統(tǒng)和典型的參數(shù)設置 在本節(jié)中 ,諧波之間進行了比較傳播屬性的兩個配電系統(tǒng)結構圖 1,不同的位置和排列 壓器。變壓器是放在饋線的開始（這是大多數(shù)歐洲的配電系統(tǒng)中，常見的圖 1A），或之間的饋線負荷節(jié)點（這是許多北美分布系統(tǒng)中常見的一，圖 1b）。 當?shù)蛪鹤儔浩魑挥陴伨€的開始（ 其規(guī)模通常很大。在這種情況下，中性導體被中斷在中壓 /低壓變壓器，這在歐洲很常見。當?shù)蛪鹤儔浩魑挥陴伨€負荷節(jié)點（ 它們的大小通常是相當小的。在這種情況下，中性導體不中斷在中壓 /低壓變壓器，這是常見的北美例子。 由此產(chǎn)生的配電系統(tǒng)，包括變壓器的 安排，如圖 4 所示。注意，在設計風格的考慮下，配電饋線始終包含中性導體。導體類型可能是常規(guī)的架空或電纜，然而尖端細的不考慮。導體的排列可以是四線或六線。導體和變壓器的參數(shù)取自于部分 線的符合是相同的在第四部分，結果總結于表 3。 播的電壓畸變 表 3 的仿真結果表明，不同的參數(shù)的影響是根據(jù)第四部分的調查結果。在任何情況下，當比較相等的導體類型和安排（比較模擬第 5， 等），產(chǎn)生的電壓 負荷節(jié)點在饋電端總差為北美分布方式。這并不奇怪，因為中性導體被中斷在中壓 /低 壓變壓器是歐洲風格，而北美風格恰恰相反。 然而，北美設計風格通常會導致單相（或六線）在 作饋線（模擬第 3），而歐洲的風格主要是造成三相（或四線）在低壓操作器（模擬及 3） [ 15 ]。北美和歐洲的設計風格是圖 3C 表達的比較。 在歐洲和北美國，架空線路仍然廣泛存在于農(nóng)村地區(qū)。比較模擬第 容易看出，產(chǎn)生的電壓 北美分布式大由于中性導體不在到達高壓 /中壓變壓器中斷。在北美洲的風格里，電壓 饋線末端是比較小的。這主要是由于減少了零序列饋線阻抗相關的六線安 排。在實踐中，從表 3 可以看出這種效果將更為明顯比預測，因為中性導體的截面通常是小于相導線截面。 在國內外商業(yè)領域，電纜導體是首選。模擬 比較顯示了架空線相同的趨勢。 表 3 案例研究 ——仿真結果總結：電壓畸變在 負荷節(jié)點在饋電端 圖 4 中壓配電系統(tǒng)模型用于案例研究： a 大中壓 /低壓變壓器位于饋線的開始 b 小的中壓 /低壓變壓器位于饋線節(jié)點 6 并聯(lián)電容的影響 可 能存在的并聯(lián)電容器在饋線引起共振。在圖 1 的電力系統(tǒng)中引入了諧振條件，通過在饋線節(jié)點上增加電容器。電容的總導納儀為代表，它是分饋線節(jié)點 之間，并表示導體電容等電容（例如，功率因數(shù)校正電容器）。此外，饋線節(jié)點分流分寄生電阻，其中總導納等于 余的電力系統(tǒng)參數(shù)從第四部分中選擇。為了評估諧振對電壓失真的影響，引入了諧波電壓放大系數(shù) M。 使用表 1 的負載電流譜計算在這一節(jié)中計算的 M 值。通過計算確定某共振條件的質量因子 Q（ 10）使用負載電流頻譜僅包含基波和同一次諧波的高次諧波，作為電力系統(tǒng)的諧振頻率。仿真結果如表 4 所示，解釋如下。更詳細的分析，包括一個更詳細的討論阻尼效應，在 [ 16 ]呈現(xiàn)。 振所需電容 所需的總容性導納儀在一個 給定的諧波獲得共鳴是本系統(tǒng)中的電感的課程功能。表 4 模擬號 模擬號 線而不是四線饋線零序電流），對于零序電流饋電電感降低由一個因素 4，上升到一個很大的提高 求獲得在第三和第九次諧波共振。這一結論是從模擬號 性線中斷的 其中高壓 /中壓變壓器電感幾乎消除零序電流。得出對于模擬號 有諧波類似的結論（電纜饋線，饋線電感），明顯減少的基本情況。也注意到，基本情況下較大的零序電感（模擬號 九諧波共振小于第十一諧波共振的所需電容。 表 4 質量因素和在不同的共振放大電壓畸變的條件 振質量因子 共振的質量因子是由在電力系統(tǒng)中的阻尼的量的確定。在電力系統(tǒng)研究和假設的負載條件下，阻尼主要是由導體和變壓器阻抗的串聯(lián)損耗。因此，質量因數(shù)隨著諧波的增加而增加 [16]。然而，在模擬 生損失增加（分路損耗，總電阻并聯(lián)導納 模擬 容器串聯(lián)損耗，損耗因子 顯著降低質量因數(shù)，特別是對高次諧波。 值整流電流譜 在實踐中，實際負載電流譜包含著幾個 強諧波。此外，共振也會影響在其他頻率的諧振頻率的電源系統(tǒng)阻抗。因此，在共振條件下的電壓畸變的放大倍數(shù)的分析預測是不可能的，如果單單只知道質量因子的話。實際電壓失真水平是從模擬得到的。表 4的結果是根據(jù)第四部分的結論得到的。其他顯著的特點解釋如下。 從表 4 得出 ,它遵循實際電壓畸變放大因子 M 趨于下降諧波共振，質量因子 Q 遞增的順序相反。線幅度迅速減小的這一結果應用非線性負載頻譜的電流諧波。此外，實際的放大系數(shù) M 是小于相應的質量因素 Q 的，因為質量因數(shù)只需要考慮在諧振頻率的負載電流分量。 在基本情況（模擬號 值得 注意的是，第三次諧波共振是不可見的。事實上，它是被屏蔽掉的緊密相鄰的第五諧波共振，如示于圖 5。同樣的效果在模擬號 6體現(xiàn)。在模擬及 十一次諧波共振在饋電端也掩蓋了第九次諧波共振。 最后，中斷的中性導體在到達 擬號 前消除了第三次和第九次諧波共振 (所致零序電流 )在 就不足為奇了。 圖 5 在 壓失真（ 例），較低的跟蹤）和饋線上的節(jié)點（ 上的痕跡），案號 本情況） 7 結論 在本文中，被認為是配電系統(tǒng)參數(shù)對諧波失真?zhèn)鞑サ挠绊憽．旊娏ο到y(tǒng)電容 可以忽略不計，在不同設計的饋線參數(shù)選擇的情況下，得到相同的饋線導體的基本電壓降，可以得出以下結論： 變壓器和饋線導體的阻抗越大，所產(chǎn)生的電壓失真越高。在饋線的末端，饋線導體（及其相關的諧波電壓降）的諧波阻抗成為占主導地位。 架空線路產(chǎn)生較大的諧波電壓降比電纜，因此在線路末端負荷節(jié)點的電壓總諧波失真是架空線路大（同時也在整個饋線）。 饋線導體漸變對 壓 饋線的末端的影響非常小。 當零序電流存在時，六線導線安排的應用相較于四線導線安排的應用在饋線末端附近的負載節(jié)點的 果較?。ㄍ瑫r也在整個饋線） 。 中斷的中性導體顯著地降低了變壓器和饋線上游的中斷點的諧波電壓降。 在合理的假設情況下，這些影響可以分析預測和模擬結果吻合得很好。結果很依賴于負載電流的諧波含量。這些考慮有助于解釋不同的諧波傳播行為的不同的設計方法，如在一個案例研究，比較典型的歐洲和北美的設計風格。 當考慮電力系統(tǒng)電容時，可以得出以下結論： 當電纜饋線替代架空饋線時，所需的電容將獲得一個給定的諧波階次諧波共振。在四線饋線的情況下，所需的電容為零的零序諧波電流的諧振是大大減少相比于六電線饋線。 在低功率系統(tǒng)的負載水平，共振的質量因子會隨著諧 波秩序的增加而增加。然而，如果考慮寄生損失在內的話，這種效果明顯減小。 電壓失真的放大（如與可忽略的電力系統(tǒng)電容相比）總是小于其相應的品質因數(shù)。 當掃電容值時，鄰近的共振可能導致其中的一個被屏蔽掉。 如果中性導體被中斷，零序電流分量的共振會不可見的中斷上游。 實際的失真水平不僅受共振頻率的質量因子影響。還受其他的諧振頻率和負載電流諧波的影響。這使得在共振的放大電壓失真的分析預測相當復雜，因此在本文中不繼續(xù)下去。 參考文獻 (略 )