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《35kV变电所初步设计》开题报告


《35kV 变电所初步设计》开题报告

一、选题的目的和意义 变电站是电力系统的重要组成部分, 它直接影响整个电力系统的安全与经济运行, 是联 系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。建国以来,我国的城乡供电事业 得到了迅速发展,同时也经历了一个不断认识、提高、完善的过程。 “十一五”规划纲要 提出,要坚持统筹城乡经济社会发展的基本方略,扎实稳步推进社会主义新农村建设。作为 基础产业的电力工业, 该为新农村建设做些什么?国家电网公司初步制定了服务新农村、 新 城镇建设的战略规划。 早期 35kV 变电所以及一些经济欠发达地区的农村变电所,35kV 侧仍然采用老旧的熔 断器或者多油断路器作保护,10kV 出线侧采用柱上油断路器作保护。这些设备结构简单, 开断容量小,操作维护不便,运行中误动、 拒动、 越级跳闸、扩大停电范围的现象时有发生。 常用的 DW 系列多油断路器不仅体积较大、检修不方便、事故多,而且短路开断容量小, 合闸操作功大,对直流操作电源要求高等缺陷。随着近几年技术的进步,设备不断地更新换 代, 开关设备的无油化已成为电力行业的一个目标。 随着变电所综合自动化技术的不断发展 与进步,变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统,继而实现“无人值班” 变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。 二、本选题研究的主要内容和重点 通过对本课题的研究, 在遵循电力系统设计基本原则前提下, 应用所学知识完成负荷分 析并求出计算负荷、电容器补偿容量,确定总降变压器容量、数量,完成电气主接线设计, 计算短路电流以及对部分主要设备进行选型, 继电保护设计与计算整定, 进线导线截面选择 等。通过本次设计,熟练掌握 AutoCAD 绘制图纸。 本课题的研究重点是负荷计算、主变容量确定、电气主接线设计,短路电流计算、继电保护 设计与计算整定,并对变电所电气系统的安全性、可靠性、灵活性以及运行维护性等主要方 面进行探讨,结合工程实际需要拟定电气设计方案。 通过这次设计,不仅要熟悉关于变电所的电气规范,还应该熟悉其它相关规范,另外又 要了解变电所设备发展情况和当地供电部门对变电所设计的要求, 同变电所设计相关的情况 如环境等也要有一个初步了解。 三、文献综述 (一) 国内电网规划与 35kV 供电方式存在的必要性 “十一五”期间,我国将投资 8500 亿元人民币进行电网改造,2006 年下半年开始,包 括北京、上海、天津、重庆、哈尔滨、南京、福州、武汉、长沙、西安和拉萨等在内的 31 个重点城市的电网建设与改造已经全面启动。

从国家电网公司获悉,为了满足全面建设小康社会、建设社会主义新农村对电力的需求,国 家电网公司将以建设特高压电网为核心,发展跨大区、跨流域、远距离、大规模资源优化配 置,优先建设跨区电网,区域、省级电网骨干网架和城乡电网。 行业内部曾经有过我国是否应当淘汰 35kV 电压等级得争议,理由是随着我国经济的发 展,原来的一些 35kV 变电所,有的闲置,有的出让给较大的电力客户。在对电网历史资料 进行统计分析的基础上,结合近几年来全国 35 kV 电网投资建设情况,综合我国乡村、边远 地区负荷特点、人口密度分布及地方小水电发展等状况,从输送容量、输送距离、工程投资 经济性等方面考虑,35kV 电压等级作为小城市高压配电网、边远城乡电网、钢铁、石化、 煤炭、冶金等大型企业、地铁供电等还是非常合适和必要的,在较长的一个时期内依然有保 留 35kV 电压等级的必要。 1. 采用 35kV 供电的优点主要有: 1) 从经济技术角度讲,35kV 供电较 10kV 供电降低了线路损耗。 2) 从 1~2 万 kW 之间负荷的较大电力客户的角度出发,35kV 供电的电价相对于 10kV 电价减少了电费支出。 3) 小城区、边远地区、远郊工业、中型企业等用电单位,和 110kV 和 10kV 供电方案 比较,35kV 供电方案在工程投资经济性、较大的配电供电半径等方面有着明显优势。 2. 采用 35kV 供电的缺点有: 1) 降低了供电可靠性。从电力客户的角度出发,增加了 35kV 电压等级供电环节,降 低了供电可靠性;从供电企业的角度出发,增加了保护的复杂性,同时保护选择性设计上比 较复杂。 2) 增加了供电企业和电力客户的 35kV 设备投资,其中三绕组变压器比同容量双绕组 变压器的价格要高 40%以上。 3) 增加了电力客户电力设备的运行和维护费用,同时由于电力客户电力专业人员队伍 力量薄弱,不利于电网的安全稳定运行。 4) 从供电企业的角度出发,35kV 的电价使供电企业的利润减少。 3. 保留 35kV 电压供电方式的意义: 1) 大中型城市环境改善的需要, 众多较大电力客户一般距变电所较远, 线路损耗显著。 2) 中国经济快速发展对能源需求日益增加,大型油田、矿区分散在几十公里甚至几百 公里的范围内,供电点多面广,110/10kV 供电方式在投资经济性上没有优势。 3) 国内微机综合自动化保护开发、设计、应用已经非常成熟,在 35kV 供电的继电保

护时限、选择性、可靠性等方面有了显著提高,相应提高了供电可靠性。 4) 从用电单位的角度出发,比 10kV 供电的电价要低,减少用电成本开支,对农村用 电而言,可以间接减少农民的用电费用,合理降低了供电企业利润,符合构建社会主义和谐 社会的目标和任务要求,对扭转城乡、区域经济发展差距意义重大。 综上所述,结合我国电网的发展趋势、国情及区域经济发展不平衡的实际,本人认为在 一定时期内适当保留 35kV 供电方式是非常有必要的。 (二) 国内外 35kV 供电设备发展比较 随着社会、 经济的不断发展, 工程建设的复杂程度的加大, 国内用户对开关设备小型化、 免维护、智能化的要求越来越高。中压领域尤其是在 35kV 电压等级,常规的以空气(包括 真空)为绝缘介质的开关柜普遍体积较大(柜宽不小于 1200mm,体积一般不小于 7m3) , 重量较重(一般 1.5~2t) ,操作困难,尤其不能满足在高海拔、潮湿、污秽等恶劣环境条件 下使用要求。在这种背景下,C-GIS 越来越被引起广泛关注。 柜式气体绝缘金属封闭开关设备(Cubicle Gas-Insulated Switchgear)简称为 C-GIS,是 高压 GIS 产品在中压领域的拓展。它是采用低气压的 SF6 气体、N2 气体或混合气体作为开 关设备的绝缘介质,用真空或 SF6 为灭弧介质,将母线、断路器、隔离开关等中压元件集 中密闭在箱体中,综合运用现代绝缘技术、开断技术、制造技术、传感技术、数字技术生产 的集智能控制、保护、监视、测量、通讯于一体的高新技术产品。具有体积小、重量轻、安 全性好、可靠性高、能适应恶劣环境条件下使用等优点。 1982 年西门子公司首次在汉诺威展览会上展出了 8DA10/8DB10 型配真空断路器的 SF6 气体绝缘开关设备。 之后的几年时间, 国外许多制造公司纷纷效仿, 各自开发了自己的产品。 就 35kV 电压等级而言,目前出现较多的主要有:ABB 公司的 ZV2、ZX2,SEIMENS 公司 的 NXPLUS,ALOSTOM 公司的 WS,三菱公司的 30-GX 等,这些产品中,额定电流最大 到 2500A,额定短路开断电流一般为 25 或 31.5kA,个别公司产品达到 40kA,宽度尺寸一 般为 600mm 或 800mm。随着计算机技术、传感技术的不断发展,国外 C-GIS 已在智能化方 面取得较大突破,可靠性、安全性进一步得到提高。 我国 C-GIS 的研发起步较晚,上世纪 90 年代中期,一些科研院所和部分企业开始了 C-GIS 的研制工作,到本世纪,有更多的企业参加进来,研发方向主要集中在 35kV 电压等 级产品。大部分 C-GIS 研制和生产单位都是采用引进国外技术生产,还无法掌握其核心技 术。目前以西安高压电器研究所为代表的少数单位自主研发,完成了型式试验,有个别生产 厂家通过了产品鉴定,但离产业化批量生产还有一定距离。国内同类产品设计参数一般额定 电流为 1250A,额定短路开断电流为 25kA ,宽度尺寸一般为 800mm。国内产品设计中大 量采用国际先进技术,产品的技术水平基本达到了国际同类产品先进水平。但是,由于国内 企业制造工艺等原因, 大部分生产厂家还是停留在生产摸索阶段, 暂时还无法向用户提供满 意的产品。 (三) 35kV 变电所开关设备存在的问题

由于历史原因,国内 35kV 变电所一向未得到设计、制造和用户重视,由此引发 35kV 变电所开关设备发展较 10kV 开关设备落后很多。通常,国内 35kV 产品设计中很少注意到 的电场分布对设备绝缘的影响。35kV 开关设备中通常使用低压力的 SF6 气体或空气作为绝 缘介质,电场的不均匀程度对气体击穿电压的影响较大,国产 35kV 开关设备因而时常出现 绝缘问题,很多时候都是因为设计时采取的避免电场不均匀措施到位。 设备制造工艺是影响 35kV 设备质量与水平的最重要的方面,国内产品与国外产品的差距也 主要体现在工艺上。 对于气体绝缘开关设备, 箱体的焊接水平是直接影响产品质量和生产效 率的关键工序,焊接既要保证箱体的强度和精度,又要保证气密性。 35kV 设备的加工、装配工艺较 10kV 设备要严格得多。电极的表面形状和光洁度、箱 体的焊渣、表面划伤与加工部件的毛刺、尖角对气体的绝缘特性影响很大,密封面的加工精 度和表面光洁度对密封的可靠性影响较大, 操动机构零部件的加工质量也直接影响操动机构 的稳定性、可靠性。 另外,35kV 变电所经常使用的 10kV 交流金属封闭铠装移开式开关设备,因具有结构紧凑 合理、防护性能好、 “五防”联锁功能可靠、维护方便、操作简单、运行可靠性高等优点在 电力系统中得到广泛应用。 即便如此, 在实际应用中, 开关柜本身存在的一些不足依然存在, 如主变 10kV 进线开关柜容易过热、柜内缺少温度监视系统等,这些问题如无相应措施将给 安全供电埋下隐患。 四、论文提纲 (一) 引言 1、35kV 变电所在电网中的作用 2、我国 35kV 变电所发展趋势 (二) 负荷计算与无功功率补偿容量确定 1、利用需要系数法确定计算负荷 2、确定无功功率补偿容量 3、主变压器的容量、数量选择 (三) 35kV 变电所主接线方案 (四) 短路电流的计算 (五) 主变高低压侧主设备的选择及校验 1、35kV 母线选择和校验

2、10kV 侧进线开关选择及校验 3、断路器和隔离开关的选择 4、电流互感器的选择 5、电压互感器的选择 (六) 35kV 变电所二次回路方案的设计及继电器保护的整定 1、主变压器的主保护及后备保护 2、瓦斯保护 3、电流速断保护 4、过电流保护 5、过负荷保护 6、10kV 进线保护 (七) 防雷和接地装置的设计 1、防雷的设计 2、接地装置的设计 (八) 毕业设计小结 五、论文写作进度安排 序号 1 2 3 4 5 6 7 起止时间 3 月 7 日-3 月 11 日 3 月 15 日-3 月 28 日 3 月 30 日-4 月 5 日 4 月 5 日-4 月 15 日 4 月 17 日-4 月 20 日 4 月 22 日-5 月 15 日 5 月 16 日——5 月 31 日 主要设计内容 选择毕业论文题目方向 确定毕业设计题目 查阅文献资料 开题报告初稿上传 开题报告终稿上传 毕业设计论文初稿上传 上传毕业设计论文终稿 备注

六、参考文献

[1] 汪雄海. 供配电技术教程. 浙江大学电气工程学院. 2006. [2] 韩祯祥. 电力系统分析. 浙江大学出版社, 2005. [3] 陈生贵. 电力系统继电保护. 重庆大学出版社. 2003. [4] 韩风主编. 建筑电气设计手册. 中国建筑工业出版社. 1994. [5] 齐抗美主编. 城乡电网建设改造设备使用手册. 2000. [6] 中华人民共和国国家标准. GB3906-91《3-35kV 交流金属封闭开关设备》.1992-06-01 实 施. [7] 中华人民共和国国家标准. GB/T11022-1999《高压开关设备和控制设备标准的共用技术 要求》. 2000-05-01 实施.


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