发电厂110和35及10KV降压变电器设计书

0 发电厂 110 和 35 及 10压变电器设计书 始资料分析 电厂电气部分课程设计任务书 发电厂电气部分课程设计是在学习电力系统基础课程后的一次综合性训练，通过课程设计的实践达到： （ 1）巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”等课程的理论知识。 （ 2）熟悉国家能源开发策略和有关的技术规范、规定、导则等。 （ 3）掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。 （ 4）学习工程设计说明书的撰写。 （ 5）培养学生独立分析问题、解决 问题的工作能力和实际工程设计的基本技能。 （ 1）分析原始资料 （ 2）设计主接线 （ 3）计算短路电流 （ 4）电气设备选择 （ 1）完整的主接线图一张 （ 2）设计说明书一份 1 始资料 110/35/10变电所的建设规模 本变电所是中型降压变电所，一次建成。 变电所与电力系统连接情况 （ 1）变电所在电力系统中的地位和作用 本所位于某市 郊小工业区中心，交通便利，地质条件好，进出线方便，供当地城市、工厂及农村用电。 （ 2）变电所电压等级为 110350统以两回线向本所供电， 35回出线， 100回出线。 负荷资料 35中重要负荷占 60%，最大的一回负荷为 均功率因素为 000h， 35 105大一回为 均功率因素为 300h，所用负荷按变电所最大 负荷的 算。 最小运行方式：变电所停运一台变压器，同时与变电所连接的发电厂中停用一台容量最大的发电机组。 境条件： 变电所地处平原，年平均气温 17 ，最热月平均 30 ，绝对最高气温 39 ，最热日平均气温为 35 ，最低气温 ，最热月地下 8 。当地海拔高度 400米，雷暴日数 年；无空气污染。土壤电阻率 =200m 。 2 主接线的设计原则 (1) 考虑变电站在电力系统的地位和作用 变电 站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。 (2) 考虑近期和远期的发展规模 变电站主接线设计应根据 510 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。 (3) 考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响 对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且 当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。 (4) 考虑主变台数对主接线的影响 变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。 (5) 考虑备用量的有无和大小对主接线的影响 发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不 同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。 主接线设计的基本要求 根据 有关 规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建 等 要求。 可靠性 所 谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠 性的客观 标 准是运行 实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和 二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。 评价 主接线 可靠性的标志 如下： 1) 断路器检修时是否影响供电； 2) 线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电； 3) 变电站全部停电的可能性。 灵活性 3 主接线的灵活性有以下几方面的要求 ： 4) 调度 灵活，操作方便。 可灵活的投入和切除变压器、 线路 ， 调配电源和负荷 ；能够满足系统在 正常、事故、 检修 及 特 殊运行 方式下的调度要求。 5) 检修 安全。 可方便的停运断路器 、 母线及其继电器保护设备 ， 进行安全检修，且不影响对用户的供电。 6) 扩建 方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能 容易 地 从初期过度到终期接线 ， 使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。 经济性 可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所 以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。 7) 投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（ 110/6 10电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。 8) 年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增 加电能损失。 9) 占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。 10) 在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。 接线的设计 接线方案的拟定 根据原始资料，此变电站有三个电压等级： 110/35/10故可初选三相三绕组变压器，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下两种接线方案供最优方案的选择。 方案一： 110采用双母线接线， 35采用单母分段接线， 10采用单母分段接线。 35接所用电接线。 方案二： 110采用单母分段接线， 35采用双母线接线， 10采用单母分段。 35接所用电接线。 两种方案接线形式如下： 4 图图 5 图 6 接线方案评定 表 方案与方案的比较 方案 项目 可靠性 110采用双母线，可靠性较高 35，可靠性较差 110采用单母线分段，可靠性较差 35靠性较高 灵活性 110采用双母线，灵活性较差 35活性较高 110采用单母线分段，灵活性较高 35活性较差 经济性 110采用双母线，设备较多，费用较大 35备少，费用小 110采用单母线分段，设备少，费用小 35备较多，费用较大 对两个方案整体分析，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及 土建费用上，在运行灵活性上 11010原始材料可知， 35有重要负荷，且接有所有电，所以必须保证其的可靠性，所以采用双母线较单母线分段有更高的可靠性。 由以上分析，最优方案可选择为方案二，即 110为采用单母线接线， 3510为单母分段接线。其接线图见以上方案二。 7 在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安 全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。 主变压器台数的选择 为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。本设计变电站有两回电源进线，且低压侧电源只能由这两回进线取得，故选择两台主变压器 1 。 变压器型式的选择 (1) 相数的确定 在 330般都选用三相式变压器。因为 一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输单相变压器。 11) 绕组数的确定 在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的 15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。 12) 绕组连接方式的确定 变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，高 、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国 110以上电压，变压器绕组都采用星接， 35采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。 35以下电压，变压器绕组都采用角接。 13) 结构型式的选择 三绕组变压器在结构上有两种基本型式 ,根据题目要求选择降压型。降压型的绕组排列为：铁芯 低压绕组 中压绕组 高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。 14) 应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧 供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。 15) 调压方式的确定 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达 30%，且分接头可带负荷调节，但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，应选用无载调压变压器。 8 变压器容量的选择 变电站主变压器容量一般按建站后 510 年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷0%70%（ 35110电站为 60%），或全部重要负荷（当、类负荷超过上述比例时）选择。 即 m a 式中 n 变压器主变台数 变压器型号的选择 由所给材料可知： 35 a x 10 52m 变电站 用电负荷 ： 所以变电站最大负荷 M V a x 则： M V m a x 由以上计算，查资料选择主变压器型号如下： 主变压器型号及参数 型号及容量(额定电压 (连接组 损耗 (阻抗电压 (%) 空载电流 (%) 空载 短路 高中 高 低 中低 高 中 低 10 110 8 2 N,容量比为： 50000/50000/50000。 注：短路电流的计算和电气设备的选择参见附录 . 9 论 课程设计使学生对书本知识的巩固与加深，同是对知识的应用有更深层次的接触。本次课可了，正因为几个组员一起讨论一起学习才有了这次的结果。电气课程程设计用时多个礼拜，团体的力量不可估量，我个人自认为独自完成不了。这次设计是关于降压型变电所的设计，涉及三个电压等级，困难在哪儿？在设备的选择和短路电流的计算！设备好坏合理与否事关整个变电所安全运行的可靠性！对建设的经济性有重大影响！所以，本次设计是一个挑战！ 西北电力设计院 中国电力出版社 熊信银 中国电力出版社 黄纯华 中国电力出版社 王荣藩 M1998， 05 傅知兰 国电力出版社 10 附录 B: 短路电流计算 短路电流计算的目的 在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面： (1) 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路 电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 (2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。 (3) 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。 短路计算的一般规定 (1) 计算的基本情况 1) 电力系统中所有电源均在额定负载下运行。 2) 所有同 步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。 3) 短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。 4) 所有电源的电动势相位角相等。 5) 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。 (4) 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 11 短路计算过程 计算步骤 (1) 选择计算短路点。 (5) 画等值网络图。 6) 首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻 。 7) 选取基准容量般取各级的平均电压）。 8) 将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。 9) 绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。 (6) 化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗 （ 7）求计算电抗 （ 8）由运算 曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到5.3。 （ 9）计算无限大容量（或 3电源供给的短路电流周期分量。 （ 10）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 变压器参数的计算 基准值的选取： 00，(1) 主变压器参数计算 由表 明可知： 2 U 3 3 %(2313121 %(1323122 %(1223133 电抗标幺值为： 11 12 050 0 %33 12 (7) 站用变压器参数计算 由表 明： 4%100 %4 ) 系统等值电抗 S 短路点的确定 此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中 110线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。 依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如下： 短路点 短路计算 (110线 ) 网络化简如图 示： 图 2.2 短路等值图 X 0 13 因为 2 9 )(003 )( 0 )( )( )(8 7 )( n 短路点 短路计算 (35线 ) 网络化简为： 图 2.3 短路等值图 3 0 0 9 ()( 21212 f 0 14 )( 03 )( 01 0 0 )(1 6 )( )(8 4 )( V n 短路点 短路计算 (10线 ) 网络 化简为： 图 2.4 短路等值图 3 7 3 9 ()( 31313 f 01 0 0 03 7 )( 0 03 15 )(551001 0 0 )(7 9 )( )( )( n 绘制短路电流计算结果表 总结以 上各短路点短路计算，得如下短路电流结果表： 短路电流计算结果表 短路点编号 基值 电压 )(电流 )(支路名称 支路计算电抗 电流 0稳态短路电流 短路电流冲击值 )(全电流 有效值 )(短路容 量 )(标 幺 值 I 有 名 值 )( 标 幺 值 *I 有 名 值 )( 幺 值 *名 值 )(2.0 315 107 505 16 各回路持续工作电流结果表 回路名称 计算公式及结果 110 51 1 035 0 0 0 110 35 6353 3 8 5 0 35 133533 8 5 0 0co 10 1 5103 2 5 0 0 10 410103 2 5 0 0 17 附录 C： 电气设备的选择 断路器的选择与校验 断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压 6 220 断路器选择的具体技术条件如下： 电压： U )(电网工作电压电流： I )(m a x 最大持续工作电压开断电流： I 式中： 断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量； 断路器的额定开断电流。 动稳定： 式中： 断路器极限通过电流峰值； 三相短路电 流冲击值。 热稳定： 2 式中： I 稳态三相短路电流； 其中： 短路电流计算时间 t，查短路电流周期分量等值时间 t,从而计算出 18 断路器的选择 根据如下条件选择断路器： 电压：U )(电网工作电压电流：I )(m a x 最大持续工作电流，各回路的各断路器的选择结果见下表： 断路器的型号及参数 性能指标 位置 型号 额定 电压 （ 额定 电流 （ A） 额定断开电流（ 动稳定电 流（ 热稳定 电 流 （ 固有分闸时间（ s） 合闸 时间（ s） 11010 1250 0 ) 变压器 356 1250 25 80 25(3) 56 1250 25 80 25(3) 压器 100 1250 40 100 ) 00 600 ) 路器的校验 1) 校验 110断路器 开断电流：I )(AI )(AI I 动稳定：)( )(80 19 热稳定： 2 )( 查表 得： )(65.1 )( )( 22 )( 7 22 t 则： 2 经以上校验此断路器满足各项要求。 2) 校验变压器 35断路器 开断电流：I )(AI )(25 I 动稳定：)( )(80 热稳定： 2 20 )( 查表 得： )(65.1 )( )(22 )(1875325 222 t 则： 2 经以上校验此断路器满足各项要求。 3) 校验 35线侧断路器 此断路器与 35压器侧断路器型号相同，且短路电流与校验 35压器侧断路器为同一短路电流，则：校验过程与校验 35压器侧断路器相同。 4) 校验变压器 10断路器 开断电流：I )(AI )(40 I 动稳定：)( )(100 热稳定： 2 21 )( 查表、 得： )(65.1 )( )( 22 )( 7 22 t 则： 2 经以上校验此断路器满足各项要求。 5) 校验 10线侧断路器 开断电流：I )(AI )(20 I 动稳定：)( )(50 热稳定： 2 )( 查表 得： )(65.1 )( 22 )( 22 )(1 6 0 0420 222 t 则： 2 经以上校验此断路器满足各项要求。 隔离开关的选择及校验 隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。 隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济 比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。 (1) 隔离开关的选择 根据如下条件选择隔离开关： 电压：U )(电网工作电压电流：I )(m a x 最大持续工作电流，各回路的 各隔离开关的选择结果见下表： 隔离开关的型号及参数 开关编号 型号 额定电压 (额定电流 (A) 动稳定电流 (热稳定电流 (s)(11010 600 50 14(5) 355 1000 80 ) 355 400 15 ) 隔离开关的校验 110隔离开关的校验 动稳定：)( )(50 热稳定： 2 23 由校验断路器可知： )(0 5 22 )(9 8 0514 222 t 2 经以上校验此隔离开关满足各项要求。 35压器侧隔离开关的校验 动稳定：)( )(80 热稳定： 2 由校验断路器可知： )(22 )( 4 22 t 2 经以上校验此隔离开关满足各项要求。 35线侧隔离开关的校验 动稳定：)( )(34 热稳定： 2 由校验断路器可知： )(22 )(22 t 24 2 经以上校验此隔离开关满足各项要求。 电流互感器的选择及校验 电流互感器选择的具体技术条件如下： 一次回路电压： U 式中： 电流互感器安装处一次回路工作电压； 电流互感器额定电压。 一次回路电流： I 电流互感器安装处的一次回路最大工作电流； 电流互感器原边额定电流。 当电流互感器使用地点环境温度不等于 C40 时， 应对正的方法与断路器 准确级 准等级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准等级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。 与仪表连接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于下要求：与仪表相配合分流器、变压器的准确级为 ，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级为 表的准确 级为 ，与仪表相配合分流器、变压器的准确级 仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级 表的准确级为 ，与仪表相配合分流器、变压器的准确级 仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级 用于电能测量的互感器准确级： 有功电度表应配用 互感器； 互感级， 无功电度表也应配用 互感器； 有功电度表及 无功电度表，可配用 级互感器。 一般保护用 的电流互感器可选用 3 级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用 D 级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按 10%倍数曲线进行校验计算。 动稳定校验： 25 式中： 短路电流冲击值； 电流互感器原边额定电流； 电流互感器动稳定倍数。 热稳定校验： 22 )( 式中： I 稳态三相短路电流； 短路电流发热等值时间； 电流互感器原边额定电流。 t 秒时的热稳定倍数。 电流互感器的选择 根据如下条件选择电流互感器： 一次回路电压：U )(电网工作电压一次回路电流：I )(m a x 最大持续工作电流 各电流互感器的选择结果见下表： 电流互感器的型号及参数 参数 位置 型号 额定电 流比 (A) 级次 组合 准确 级次 二次负荷( ) 10%倍数 1动稳定倍数 1级 二次负荷 ( ) 倍数 110 300/5 B/B 5 70 183 变压器 355 2 4 2 28 65 100 3500/5 1/2 2/1 5 55 140 26 变压器 10000/5 1/D D/D D 10 50 90 1000/5 1/3 3 10 75 135 电流互感器的校验 110线侧电流互感器 动稳定：)( )(1 5 5 2 8 0183300222 热稳定： 22 )(由校验断路器可知： )(0 5 22 )(1 7 6 4)( 222 22 )( 经以上校验此电流互感器满足各项要求。 变压器 35电流互感器 动稳定：)(1 3 1 6 81 6 )(0005(22 热稳定： 22 )(由校验断路器可知： )(22 )(4 2 2 5)651()( 222 27 22 )( 经以上校验此电流互感器满足各项要求。 35线侧电流互感器 动稳定：)(1 3 1 6 81 6 )(5939714030022 热稳定： 22 )(由校验断路器可知： )(22 )( 222 22 )( 经以上校验此电流互感器满足各项要求。 变压器 10电流互感器 动稳定：)(3 7 7 2 77 2 )(190919127279(90)15001000(22 热稳定： 22 )(由校验断路器可知： )( 22 )(5 6 2 52 5 0 0(50)()( 222 22 )( 经以上校验此电流互感器满足各项要求。 10线侧电流互感器 28 动稳定：)(3 7 7 2 77 2 )(7 6 3 6 85 7 2 7 6(135)400300(22 热稳定： 22 )(由校验断路器可知： )( 22 )(225075)( 222 22 )( 经以上校验此电流互感器满足各项要求。 电压互感器的选择及校验 (1) 电压互感器选择的具体技术条件如下： 一次电压 1U ： 1 式中： 电压互感 器额定一次线电压，其允许波动范围为0二次电压压互感器二次电压，应根据使用情况，按参考表选择。 准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。 二次负荷 2S ： 2式中： 2S 二次负荷； 对应于在测