电力系统课程设计---10KV 变电所初步设计.docx

目录第零章 课程设计任务书30.1 原始资料30.2 电气资料30.3 设计任务30.4 设计成果40.5 参考资料4附录：4第一章 接入系统设计71.1 负荷统计71.2 回路数71.3 截面积选择71.3.1 机械强度校验81.3.2 热校验81.3.3 电压校验8第二章 潮流计算102.1 数据的计算与标幺化102.2 大方式下的潮流计算102.3 小方式下的潮流计算12第三章 主变压器选择143.1 方案一 双绕组变压器143.2 方案二 三绕组变压器143.3 两方案的比较143.4 变压器分接头选择153.5 厂用变压器的选择16第四章 主接线174.1 110kv侧主接线的接线方式174.2 35kv侧主接线的接线方式174.3 10kv侧主接线的接线方式17第五章 短路电流计算185.1 网络化简185.2 短路电流计算18第六章 设备选择196.1 断路器的选择196.2 隔离开关的选择196.3 电流互感器的选择196.4 电压互感器的选择196.5 避雷器的选择19第七章 课程设计结束之感想207.1 感想之学习体悟207.2 关于课程设计之建议21第八章 附录228.1 参考文献228.2 系统接线图228.2.1 电力系统接线图228.2.2 最大运行方式潮流图238.2.3 最小运行方式潮流图238.3 电气主接线图24第九章 结束语25第零章 课程设计任务书题目：110kv河津变电所初步设计设计时间：2011年 8月15日至2011年 8月 28日 指导老师： 0.1 原始资料1、 设计依据根据省市电网公司批文河津变电所设计任务书的批复。2、 建站的必要性河津市县，随着国民经济的发展，工农业生产增长需要，迫切要求供电容量增长，根据省电网公司批文，决定新建河津变。河津变用35kv和10kv两个电压等级向其用户供电，主要35kv负荷有：三个35变电所、以及一类负荷的造纸厂、化工厂、医院；主要10kv负荷有：属于一类负荷的站甲和水厂,二类负荷的站乙毛纺厂、水泥厂、纺织厂等。负荷的用电量大，对供电可靠性要求比较高。3、建设规模本变电所经两条110kv送电线，分别从两个已建成的变电所获得电源。4、站址条件（1）所址：河津变电所 （2）水文气象：该地区气候，平均气温15度，最高气温35度，最低气温-15度。（3）交通、水源情况：东侧有一条国家三级公路，进所公路为0.4公里；附近有河流，供水方便，水量充足。（4）地区气温:1年最高气温35，年最低气温 15。2年平均气温15。0.2 电气资料1、待建110kv河津变电所距离新绎变电所和洛阳变电所都为50km。2、待建110kv河津变电站年负荷增长率为5%，变电站总负荷考虑五年发展规划。3、待设计变电站地理位置示意如下图：3、 待建110kv河津变电所各电压级负荷数据如下表: 0.3 设计任务1、进行负荷分析及变电所主变压器容量、台数和型号的选择。2、进行电气主接线的技术经济比较，确定主接线的最佳方案。3、计算短路电流，列出短路电流计算结果。4、主要电气设备的选择。0.4 设计成果设计说明书和计算书。0.5 参考资料1、 发电厂电气原理2、 电能系统基础附录：电压等级线路名称最大负荷 （mw）cos负荷级别tmax 及同时率abcde35kva 852tmax=5000小时同时率k1=0.9b 所11101112130.82c所10111213140.82造纸厂876540.81化工81冶炼厂11151413120.85110kva234560.91tmax=3500小时同时率k2=0.85b2.32.32.32.32.30.92毛纺厂0.90.90.90.90.90.92水泥厂0.80.80.80.80.80.92纺织厂0.80.80.80.80.80.92水 厂5.94.93.92.91.90.91发电厂发电机各种数据及短路电流流经的变电所，主变的各种数据发电机主要技术参数厂 名机号型 号p(mw)u(kv)cosx”d*潼关火电站#1-2qes-50-25010.50.80.226郑州火电站#1-2qes-50-25010.50.80.199新绎火电站#1-2qes-50-25010.50.80.226主变压器主要技术参数厂、所名台数型 号se(mva)短路电压百分比空载电流%u-%u-%u-%潼关火电站2sspl1-60/1106010.50.85潼关变1ssplq1-60/1106017.510.56.50.8洛阳变2osfpsl-120/22012016.510.70.178郑州火电站2sspl1-60/1106010.50.8郑州变2sspl-60/1106017.510.56.50.8新绎火电站2sspl1-60/1106010.50.85新绎变1sspl1-60/1106017.510.56.50.8线路参数起止厂、所长度（km）型号abcdef新-新7080901001101202*lgj-300洛-2201001401301201101502*lgjq-300潼-潼5055606570752*lgj-300潼-洛555540455055lgj-300洛-郑605055656070lgj-300郑-郑6050405070802*lgj-300主变高压侧实际电压发电厂名称110kv侧实际电压（kv）umaxumin潼关电厂115110郑州电厂115110系统（220kv侧）230220第一章 接入系统设计1.1 负荷统计依据任务书附录中的负荷资料，得出河津变负荷统计如下表近期远期p35(mw)7190.62q35(mvar)5063.81p10(mw)12.716.21q10(mvar)6.157.85s(mva)90.14115.04其中： p35_近期=pa所+ pb所+ pc所+ p造纸厂+ p化工厂+ p冶炼厂 q35_近期= pa所*sina所/cosa所+ pb所*sinb所/cosb所+ pc所*sinc所/cosc所+ p造纸厂*sin造纸厂/cos造纸厂+ p化工厂*sin化工厂/cos化工厂+ p冶炼厂*sin冶炼厂/cos冶炼厂 p10_近期=pa+ pb+ p毛纺厂+ p水泥厂+ p纺织厂+ p水厂 q35_近期= pa*sina/cosa+ pb*sinb/cosb+ p毛纺厂*sin毛纺厂/cos毛纺厂+ p水泥厂*sin水泥厂/cos水泥厂+ p纺织厂*sin纺织厂/cos纺织厂+ p水厂*sin水厂/cos水厂 p35_远期=p35_近期*(1+5)5 q35_远期=q35_近期*(1+5)5 p10_远期=p10_近期*(1+5)5 q10_远期=q10_近期*(1+5)5 s近期=k1*(p235_近期+q235_近期)+k2*(p210_近期+q210_近期) s远期=s近期*(1+5)51.2 回路数为保障供电稳定，由新绎变至河津变以及洛阳变至河津变的供电线路均采用两回路铝绞线（lgj*2）进行供电。1.3 截面积选择依据公式s截面=p3uncosji，对于110kv侧电缆，计算得到理论导体截面积应为s截面=90.62+16.21*1033*110*0.8*1.03680mm2；对于35kv侧电缆，s截面=90.62*1033*35*0.8*1.031800mm2；对于10kv侧电缆，s截面=16.21*1033*10*0.8*1.031100mm2其中ji值由经济电流密度曲线1得到对于110kv侧，以上计算截面应为两路共4回导线的总截面，每回导线需满足s截面4=170mm2即可，取足够安全裕量，选择电缆类型为lgj-300/40。对于35kv侧，以上计算截面应为6路共9回导线的总截面，每回导线需满足s截面9=200mm2即可，取足够安全裕量，选择电缆类型为lgj-240/40。对于10kv侧，以上计算截面应为6路共10回导线的总截面，每回导线需满足s截面10=110mm2即可，取足够安全裕量，选择电缆类型为lgj-150/40。下面对所选电缆进行校验。1.3.1 机械强度校验依据导线按机械强度的最小允许截面积表2得到，钢芯铝绞线在通过非居民区时的最小允许截面为25mm2,很明显，所选电缆均满足要求。1.3.2 热校验对于110kv侧，电缆正常工作时的最大载流量imax=p3uncos=700a,而lgj-300/40的最大允许载流量可以达到754a，满足要求。对于35kv侧，电缆正常工作时的最大载流量imax=p3uncos=330a,而lgj-240/40的最大允许载流量可以达到655a，满足要求。对于10kv侧，电缆正常工作时的最大载流量imax=p3uncos=360a,而lgj-150/40的最大允许载流量可以达到487a，满足要求。1.3.3 电压校验1.3.3.1 单回路电压校验经查表，得到lgj-300/40型电缆在110kv下的电阻电抗值为(0.105+0.395j)/km，而新绎变和洛阳变至河津变的距离均为50km，所以单回阻抗均为（5.25+19.75j）。则单回线电压降落u=pr+qx2un=106.83*5.25+71.66*19.752*110=9kv,小于20un,满足要求。1.3.3.2 双回路电压校验在双回路条件下，电压降落u=pr+qx2un=106.83*5.25+71.66*19.754*110=4.5kv,小于5un,满足要求。第二章 潮流计算2.1 数据的计算与标幺化取功率基准值sb=100mva，110kv侧电压基准值ub（110）=115kv，220kv侧电压基准值ub（220）=230kv，依据以下公式对节点以及线路的数据进行计算和标幺化处理。 p*=p/sb q*=q/sb u*=u/ub xt*=us%sb/100stn bt*=i0%stn/100sb rl*=rlsb/ub2 xl*=xlsb/ub22.2 大方式下的潮流计算依据2.1节中提供的公式，在大方式(100%负荷)条件下，计算得到以下两表数据。namebus numbervoltageanglep generationq generationp loadq loadbus type系统220kv1101平衡节点新绎电厂210.52 pv节点新绎电厂变300003 pq节点新绎变40.450.13 pq节点河津变50.950.643 pq节点洛阳变60.250.053 pq节点潼关电厂710.52 pv节点潼关电厂变800003 pq节点潼关变90.30.063 pq节点郑州电厂1010.52 pv节点郑州电厂变1100003 pq节点郑州变120.80.093 pq节点节点数据表from busto busrxb160.0120.04802300.08750.0102340.0390.1490450.0200.0740560.0200.0740690.0360.13406120.0520.19407800.08750.0102890.0260.0970101100.08750.009611120.0200.0750线路数据表在matlab中使用pst工具箱，将以上数据按格式输入后，得到以下计算结果：2.3 小方式下的潮流计算在小方式(70%负荷)条件下，线路数据不变，计算得到新的节点数据如下。namebus numbervoltageanglep generationq generationp loadq loadbus type系统220kv1101平衡节点新绎电厂20.960.52 pv节点新绎电厂变300003 pq节点新绎变40.3150.073 pq节点河津变50.6650.4483 pq节点洛阳变60.1750.0353 pq节点潼关电厂70.960.52 pv节点潼关电厂变800003 pq节点潼关变90.210.0423 pq节点郑州电厂100.960.52 pv节点郑州电厂变1100003 pq节点郑州变120.560.0633 pq节点得到计算结果：第三章 主变压器选择3.1 方案一 双绕组变压器本方案采用两台110/37.5kv变压器和两台110/11kv变压器作为主变压器。由负荷统计中得到的数据，考虑5年规划，35kv侧最大负荷为110mva，10kv侧最大负荷为18mva。依据“变电站主变压器一台停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%80%”的原则，35kv侧主变压器容量应不小于110*80%=88mva，10kv侧主变压器容量应不小于18*80%=14.4mva。因此，本变电站选择两台90mva 110/37.5kv变压器和两台20mva 110/11kv变压器作为变电站主变压器。型号可选择sfp7-90000/110型和sf7-20000/110型变压器。3.2 方案二 三绕组变压器本方案采用两台110/37.5/11kv变压器作为主变压器。由负荷统计中得到的数据，考虑5年规划，35kv侧最大负荷为110mva，10kv侧最大负荷为18mva。即10kv侧容量约占35kv侧的16.4%，略微超过了15%，因此变压器三绕组容量比应为100/100/100，若预算不够也可使用容量比为100/100/50的三绕组变压器。依据“变电站主变压器一台停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%80%”的原则，变压器容量应不小于88mva。因此，本方案可选择两台容量90mva，变比为110/37.5/11，容量比为100/100/100的变压器。型号选择sfsz7-90000/110型变压器。3.3 两方案的比较以双绕组变压器100元/mva的价格和三绕组变压器140元/mva的价格进行比较。双绕组变压器方案三绕组变压器方案投资总额z (万元)22001980年运行费用u (万元)496.256430可以看出，无论从投资总额还是年运行费用方面考虑，在均满足容量要求的前提下，三绕组变压器要更具有经济性。因此，本变电站选择三绕组变压器方案。zi=0.145+12.21j si=90.62+63.81j mva3.4 变压器分接头选择zi=0.21-0.592j si=16.21+7.85j mvazi=0+18.486j si=106.83+71.66j mva最大负荷时：ui max=0.8918*115=103kvui max=(71.66*18.486)/103=12.86kvuii max=(90.62*0.145+63.81*12.21)/(103-12.86)=8.78kvuiii max=(16.21*0.21-7.85*0.592)/(103-12.86)=-0.014kv最小负荷时：ui min=0.9109*115=105kvui min=(50.162*18.486)/105=8.83kvuii min=(63.434*0.145+44.667*12.21)/(105-8.83)=5.77kvuiii min=(11.347*0.21-5.495*0.592)/(105-8.83)=0kv最大负荷时：ui max=103kvuii max=103-12.86-8.78=81.36kvuiii max=103-12.86+0.014=90.154kv最小负荷时：ui min=105kvuii min=105-8.83-5.77=90.4kvuiii min=105-8.83=96.17kv采用逆调压方式，则最大负荷时u3max=1.05*10=10.5kv最小负荷时u3min=10kv因此，最大负荷时ut imax=90.154*11/10.5=94.45kv最小负荷时ut imin=96.17*11/10=105.8kv所以，ut i=(94.45+105.8)/2=100.125kv因此，可以选择110(1-10%)=99kv的分接头。3.5 厂用变压器的选择厂用变压器变比应为10/0.4kv，容量可选1%sn10mva。因此型号选择sf7-10000/10。第四章 主接线4.1 110kv侧主接线的接线方式110kv侧主接线可采用单母线分段接线和内桥接线，下面对这两种接线方式进行比较。单母线分段内桥可靠性较高低灵活性较高低经济性比内桥和单母投资要高投资很省可扩充性可继续扩充回路不可扩充依据以上比较，从供电可靠性和灵活性角度考虑，本变电站110kv侧主接线采用单母线分段接线方式。4.2 35kv侧主接线的接线方式35kv侧主接线可采用单母线分段和单母线分段带旁母接线方式，下面对这两种接线方式进行比较。单母线分段单母线分段带旁母可靠性低高灵活性低高经济性投资较少投资高可扩充性可继续扩充回路可继续扩充回路考虑到35kv侧负载有化工厂、冶炼厂等重要用电单位，因此基于供电可靠性和灵活性考虑，选择单母线分段带旁母接线。4.3 10kv侧主接线的接线方式10kv侧负载单位级别较低，因此10kv侧主接线选择单母线分段接线方式。 第五章 短路电流计算5.1 网络化简网络经化简后得到下图：5.2 短路电流计算对于110kv侧，依据上图，计算得到等效短路阻抗x*=0.099j，因此，短路电流i*10，所以，i= i*sb/1.73ub=5020a。对于35kv侧，等效短路阻抗x*=0.099j+0.0765j+0.049j+0.028j=0.2525j,，因此，短路电流i*3.96，所以，i= i*sb/1.73ub=6221a。对于10kv侧，等效短路阻抗x*=0.099j+0.153j-0.008j+0.029j=0.273j,，因此，短路电流i*3.663，所以，i= i*sb/1.73ub=20141a。依据动稳定电流和热稳定电流计算公式，得到下表110kv35kv10kv短路电流i(a)5020622120141动稳定电流ich(a)127791583651270热稳定电流i4s(a)7630945630614第六章 设备选择6.1 断路器的选择依据上一章中动、热稳定电流的计算，对于断路器有如下选择： 110kv侧断路器，选择lw6-132型高压六氟化硫断路器，满足各项指标要求。 35kv侧断路器，选择dw-35i型多油户外断路器，可满足各项指标要求。 10kv侧断路器，选择sn10-10iii型户内高压少油断路器，可满足指标要求。6.2 隔离开关的选择依据上一章中动、热稳定电流的计算，对于断路器有如下选择： 110kv侧断路器，选择gw4-110型隔离开关，满足各项指标要求。 35kv侧断路器，选择gw4-35/1250型隔离开关，可满足各项指标要求。 10kv侧断路器，选择gn2-10/2000型隔离开关，可满足指标要求。6.3 电流互感器的选择依据上一章中动、热稳定电流的计算，对于电流互感器有如下选择： 110kv侧断路器，选择lmc-10型电流互感器，满足各项指标要求。 35kv侧断路器，选择la-10型电流互感器，可满足各项指标要求。 10kv侧断路器，选择la-10型电流互感器，可满足指标要求。6.4 电压互感器的选择依据上一章中动、热稳定电流的计算，对于电压互感器有如下选择： 10kv侧断路器，选择jcc2-110型电压互感器，满足各项指标要求。 35kv侧断路器，选择jdjj-35型电压互感器，可满足各项指标要求。 10kv侧断路器，选择jsjw-10型电压互感器，可满足指标要求。6.5 避雷器的选择依据上一章中动、热稳定电流的计算，对于断路器有如下选择： 10kv侧断路器，选择fz-154型避雷器，满足各项指标要求。 35kv侧断路器，选择fz-40型避雷器，可满足各项指标要求。 10kv侧断路器，选择fz-15型避雷器，可满足指标要求。第七章 课程设计结束之感想7.1 感想之学习体悟经过一个多星期的学习、计算、总结和撰写报告，我终于按时完成了本次课程设计的课程要求，完成的这一刻，一种如释重负的感觉油然而生。从第一次接触到课程设计的内容开始，整个课程设计就带给了我一种陌生感和恐惧感，这种感觉从何而来呢？无疑，来自于对前期课程的遗忘和不熟悉，以及书本知识转化为具体工程设计时的茫然无措。开始第一章的时候还感觉比较简单，毕竟只是简单的加减乘除，很快就完成了。进入到第二种潮流计算开始，就完全陷入了知识不熟练的泥潭中，完全不知道该怎样进行线路化简，不知道该计算哪些数据以计算潮流，不知道matlab的计算工具箱怎么用，整个潮流计算的过程可以说就是一个从0.1做起的过程，那唯一的0.1也就仅限于听说过各种名词。从0.1开始总比从零开始更容易些，随着不断回顾旧知识、学习新知识，一些已经忘却的名词和各种计算方法的原理也都回忆了起来，不断熟悉的知识也就代表着不断加快的课程设计进度。知识梳理通之后，潮流计算实际是一件很简单的事情，计算完成，也就进入到第三章，变压器选择的部分了。进入到这个部分，就把我们理论知识与实际工程设计的差距体现了出来，没有工程设计的经验，让我们对于各种变压器型号和报价完全不了解，这就导致了即便我们计算得到了所需变压器的一切参数，我们也无法在最经济条件下选择到最合适的变压器。这个问题经过很艰难的查表和得过且过而解决，而没有足够的资料和厂家的价格保密政策是艰难的主要原因，而得过且过指的是我们不得不通过大约的估计来选择变压器。分接头的选择是在稳态课程上学过的东西，遇到的问题仍就是不熟悉。由于没有系统学习过暂态知识，短路电流的计算让我一头雾水，看了看暂态课本，又问了问同学，才勉强知道了计算方法，然而计算的时候倒是很顺利，毕竟方法很简单。而进行到主接线的设计和设备的选择时，在选择变压器时遇到的问题又凸显了出来，又经历的一系列的查书和查表之后，所有的设备型号也就确定了下来。至此，整个