发电厂课程设计--11010kV变电所电气部分设计.doc

110/10kV变电所设计说明书课程设计任务书1课程设计应达到的目的通过课程设计对所学课程的知识进行强化，提高学生的分析问题和解决问题的能力，拉近课堂与工程设计的距离。使学生完全掌握变电所一次部分的设计过程、主接线和配电装置的初步设计、变电所主设备的选择方法等。2课程设计题目及要求110/10kV变电所电气部分设计一、设计内容1.对待设计变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析。2.选择待设计变电所主变的台数、容量、型式。3.分析确定高低压主接线及配电装置型式4.分析确定所用电接线型式。5.进行互感器的配置。6.进行选择设备和导体所必须的短路电流计算。7.选择变电所高、低压侧的断路器、隔离开关、高压熔断器。8.设计10kV母线系统二、有关原始数据有关原始资料1. 变电所有关资料（110/11kV）变电所编号最大负荷（MW）功率因数（COS）负荷曲线重要负荷（）A220.9 B65B210.9B70C190.9B55L1 26 km，L2 24 km，L3 22 km，L4 14 km。注：A、B、C变电所分别由1/3的学生设计；P1P3，L1L4,每位学生一组数据，互不相同。2. 环境温度最高温度40，最热月最高平均气温323. 变电所10kV侧过电流保护动作时间为1秒4. 110kV输电线路电抗按0.4/km计5. 发电厂变电所地理位置图（附图一）6. 典型日负荷曲线（附图二）附图一 发电厂变电所地理位置图G：汽轮机 QFQ502，50MW COS=0.8，Xd=0.124T：变压器SF740000/12122.5%Po = 46kW PK = 174kW Io% = 0.8 UK% = 10.5附图二 典型日负荷曲线3课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求成品提交的设计文件和图纸要求：1.设计说明书1份2.设计计算书1份3.图纸：变电所主接线图4主要参考文献1、 姚春球.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社 2、 范锡普.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社 3、 陈跃.电气工程专业毕业设计指南.电力系统分册.北京：中国水利水电出版社 设计说明书一、 对变电所A在电力系统中的地位，作用及电力用户的分析：（一）变电所A在电力系统中的地位与作用：由发电厂变电所地理位置图可以得出，变电所A的电压等级为110kV，重要负荷所占比例为65%，在整个供电网络中的作用为地区变电所。即以对地区用户供电为主，是一个地区或城市的主要变电所，电压一般为110kV220kV。全所停电时，仅使该地区中断供电。（二）对电力用户的分析：由任务书中，原始资料图表可得：A变电所的重要负荷占总负荷65%，有功功率P=22MW,有功功率因数=0.9。按其供电可靠性的要求，负荷被分为三个等级，类负荷为重要负荷，任何时候都不能停电，类负荷，仅在必要时可以短时间停电，其余为类负荷，停电时不会造成大的影响，必要时可以长时间停电。通常，类负荷需要采用两个独立的电源供电，当其中的任一电源发生故障而停电时，不会影响另一个电源持续供电，保证供电连续性。类负荷要求双回路供电，按照此规则，A变电所65%的负荷采用双回路供电，35%负荷单回路供电。变电所纵回路数为20条（计算过程见计算书）。二、 选择待设计变电所的台数，容量，型式：（一） 台数：为了保证供电可靠性，一般装设两台主变因为相对来说，两台变压器占地面积小，简化了主接线形式，而且管理成本较低。故变电所A的主变压器台数确定为2台。（二） 选择主变压器的容量变电所主变压器的容量一般按变电所建成后510年的规划负荷考虑，并应按照其中一台变压器停用时，其余变压器能满足变电所最大负荷的60%70%，即：SN70%Smaxn-1SNSimpn-1根据设计任务书中典型日负荷曲线B，当 时，为欠负荷段；当 时，为过负荷段。计算得出选择SFZ7-216000/110(计算过程见计算书)。（三） 选择主变压器的形式1) 采用三相式在330KV以下变电所中，一般选用三相式变压器。因为一台三相式较同容量的三台单相式投资小，占地少，损耗小，同时配电装置结构较简单。A变电所位110/10KV变电所，有两个电压等级，故采用双绕组变压器。自耦变压器虽然电压变化率小，电压稳定，但是一二次侧有直接联系，要求内部绝缘性好，加强短路保护，调压困难，相比之下，双卷变压器结构更简单，运行方便，费用低，所以A选用双卷变压器。2) 绕组接线组别的确定变压器的双绕组接地方式必须使其线电压与系统线电压相位一致。110KV电压侧均为“YN”，35KV以下电压侧一般为“0”，所以主变绕组的接线方式为“YN,d11”，综上选择2台SFZ7-16000/110。变压器参数如下：型号：SF7-16000/110,总容量16000KVA2=32000KVA变压器高压侧电压为U1=110KV，其调压范围为-81.25%+81.25%变压器低压侧电压为U2=10.5KV，=86KW，=23.5KW，%=0.9，%=10.5，SFZ7-16000/110型电力变压器连接标号为“YN,d11”。3) 调压方式的确定变压器的电压调整是用分接头开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现的。无励磁调压变压器的分接头较少，调压范围只有10%（22.5%），而且分接头必须在停电的情况下才能调节；有载调压变压器的分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可在带负荷的情况下调节，但其结构复杂，价格贵。按江苏省变电所设计规程，当主变直接向用户供电，110kV及其一下变压器采用有载调压。4) 升降压的确定变压器A为110/10kV，选择降压变压器。5) 绝缘方式的确定A变电所采用干式变压器，干式变压器与油浸式变压器相比，具有防火性能好,免维护,无污染,抗短路能力强,耐热能力强,安装方便等优点。在现代化的商业中心,居民小区,高层建筑,地下,公共场所等对防火要求高的地方适宜使用干式变压器。三、分析确定高、低压侧主接线以及配电装置型式。（一） 高、低压侧主接线的确定：电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，它反映各设备的作用，连接方式与回路间的相互关系。所以，它的设计直接关系到全所电气设备的选择，配电装置的位置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起着决定性作用。对电气主接线的要求，包括可靠性，灵活性经济性三个方面。变电所A高压侧为110kV有2个回路进出线。当只有两台主变压器和两回输电线路时，采用桥式接线。内桥接线适用于输电线路较长或变压器不需要经常投、切及穿越功率不大的小容量配电装置中，所以110kV侧采用内桥接线。内桥接线的优缺点：优点：（1）高压断路器数量少，四回路只需三台断路器。（2）其中一回线路检修或故障时，其余部分不受影响，操作较简单。缺点：（1）变压器的投入、切除或故障时，有一回路短时停运，操作较复杂。（2）线路侧断路器检修时，线路需较长时间停运。（3）连接桥断路器检修时，两个回路需要解列运行。 变电所A低压侧电压为10kV，回路数在6回以上，采用单母线分段接线。 分段的单母线接线的优缺点： 优点：提高了可靠性和灵活性。缺点：增加了分段设备的投资和占地面积；某段母线故障或检修时仍有停电问题；某回路的断路器检修，该回路停电；扩建时需要向两端均衡扩建。单母线分段接线的适用范围：a）6 10kV配电装置的出线回路数为6回及以上时；b）35 63kV配电装置的出线回路数为4 8回时；c）110 220kV配电装置的出线回路数为3 4回时；（二） 配电装置型式的确定：配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备的外形尺寸，运行维护，巡视，操作，检修，运输的安全距离及运行中可能发生的过电压等因素而决定的。设计原则： 形式选择应考虑所在地理情况和环境条件下优先选择占地面积； 要考虑有利于降低噪声的选择与布置； 城市和农村的110kV配电采用屋外中型配电装置，10kV采用屋内单层配电。 基本要求： 节约用地； 保证运行可靠； 保证人身安全和防火要求； 安装，运输，维护，巡视，操作和检修方便； 保证安全前提下，布置紧凑，力求节省材料和降低造价； 便于分期建设和扩建。四、分析确定所用电接线方式：（一）接入方式:按GB50059-199235110kV变电所设计规范有两台及以上主变压器时，宜装设两台容量相同，可互为备用所用工作变压器。“电源引接点相互独立”：当所内有较低压母线时，一般均由较低压母线上引接12台所用变压器。所以若A变电所为110/10（KV）时，应当从10KV侧引线，这种引接方式具有经济性，可靠性较高的特点。（二）变压器容量:可以采用换算系数法（这里不进行计算）得出，每台变压器容量取250kVA。 （三）变压器型式:采用干式变压器。干式变压器与油浸式变压器相比，具有防火性能好,免维护,无污染,抗短路能力强,耐热能力强,安装方便等优点。在现代化的商业中心,居民小区,高层建筑,地下,公共场所等对防火要求高的地方适宜使用干式变压器。五、互感器的配置：(一) 电压互感器的配置：1) 型式的选择 一般620kV户内配电装置中多采用油浸或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器；110kV及其以上的配电装置中尽可能选用电容式电压互感器。 在型式选择时，还应根据接线盒用途的不同，确定单相式、三相式、三相五柱式、一个或多个副绕组等不同型式的电压互感器。接在110kV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通信时，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容电压互感器。2) 额定电压的选择为保证测量准确性，电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%110%之间。电压互感器二次额定电压应满足测量、继电保护和自动装置的要求。通常，一次绕组接于电网线电压时，二次绕组额定电压选为100V；一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压选为V。当电网为中性点直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为V。当电网为中性点非直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为100/3V。3) 准确度级的选择 电压互感器要求二次最大一相的负荷,不超过设计要求准确度级的额定二次负荷，而且应该尽量接近，因过小也会使误差增大。 电压互感器的二次负荷的计算为： 式中，、：同一相仪表和继电器电压线圈的有功功率、无功功率。 统计电压互感器二次负荷时，首先应根据仪表和继电器电压线圈的要求，确定电压互感器的接线，并尽可能将负荷分配均匀。4) 安装地点a) 母线：一般各段工作母线及备用母线上各装一组电压互感器，必要时旁路母线也装一组电压互感器；b) 主变压器回路：主变压器回路中，一般低压侧装一组电压互感器，使发电厂与系统的低压侧同步用，并供电给主变压器的测量和保护，当发电厂与系统在高压侧同步，或利用6-10KV备用母线同步时，这组互感器可不装设。c) 线路：当对端有电源时，在出线侧上装设一组电压互感器，供监视线路无电压，进行同步和设置重合闸，其中，35220KV线路在一相上装设；300500KV线路在三相上装设。（二）电流互感器：1) 型式的选择根据安装的场所和使用条件，选择电流互感器的绝缘结构、安装方式、结构型式、测量特性。一般常用型式为：低压配电屏和配电装置中，采用LQ线圈式和LM母线式；620kV户内配电装置和高压开关柜中，常用LD单匝贯穿式或复匝贯穿式；发电机回路或2000A以上的回路；可采用LMC、LMZ、LAJ、LBJ型或LRD、LRZD型；35kV及其以上的电流互感器多采用油浸式结构。在条件允许时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节省占地和减小投资。2) 额定电压的选择电流互感器的额定电压不小于装设电流互感器回路所在电网的额定电压。3) 额定电流的选择 电流互感器的一次额定电流不小于装设回路的最大持续工作电流。电流互感器的二次额定电流。可根据二次负荷的要求分别选择5A或1A等。为了保证测量仪表的最佳工作状态，并且在过负荷时使仪表有适当的指示，当TA用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右。4) 准确度级的选择 电流互感器的准确度级应符合其二次测量仪表、继电保护等的要求。用于电能计量的电流互感器，准确度级不应低于0.5级。用于继电保护的电力互感器，误差应在一定的限值之内，以保证过电流时的测量准备度的要求。 根据电力系统要求切除短路故障和继电保护动作时间的快慢，对互感器保证误差的条件提出了不同的要求。在大多数情况下，继电保护动作时间相对来说比较长，对电流互感器规定稳态下的误差就能满足使用要求，这种互感器称为一般保护用电流互感器，适合于电压等级较低的电力网。如果系统要求继电保护实现快速保护时，应选用铁芯带有小气隙的暂态特性好的电流互感器，因为它能保证其暂态误差在规定的范围内。5) 安装地点a）一次绕组串联在电路中，并且匝数少，故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。b）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以在正常情况下电流互感器在近于短路状态下运行。A变电所电流互感器的具体配置：a）110KV进线，内桥及主变高压、低压侧均装设三相电流互感器。所选电流互感器作用：监测，保护相应支路；b）10KV分段及出线，配置两相电流互感器，所选电流互感器作用：监测各种电流，保护相应支路。六、进行选择设备和导体所必须的短路电流计算l 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荷下运行；（2） 所有同步发电机都具有自动调整励磁装置；（3） 短路发生在短路电流为最大值瞬间；（4） 所有电源的电动势相位角相同（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。2. 计算容量：应按工程设计的最经规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般工程建成后510年。3. 接线方式：计算短路电流作用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不能用仅在切换过程中可能的运行方式。4. 短路种类：按三相短路计算。5. 短路计算点：在正常接线方式时，通路设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。（一）短路电流计算的目的：选择和校验导体和电气设备，算出最大短路电流，配合电动力校验，计算最长短路时间，进行热稳定校验。（二）短路电流计算的条件：采用近似计算：， ；元件忽略电阻，线路电抗；不计负荷电动机的反馈电流；每个电压等级只计算一个短路点，所以元件都运行，系统处于最大运方。时间按10kV出线过电流保护t=1s，向电源侧推算。 式中，：短路切除时间； ：距短路点最近的断路器的后备继电保护动作时间； ：断路器全开断时间。（三）短路电流计算的方法和步骤：1) 绘制计算电路图。2) 绘制等值电路，并计算各元件的标幺值。3) 化简电路。将等值网络化简为以短路点为中心的辐射等值网络，并求出各电源与短路点之间的转移电抗 。4) 计算无限大系统供给的短路电流和发电机供给的短路电流，得到计算电抗 。5) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值。6) 计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标幺值。7) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。8) 计算短路电流冲击电流。9) 绘制短路电流计算表（计算见计算书）。短路电流计算表短路点K12.113.0213.0913.0933.14359.51K23.15.14.995.1212.8677.65七、选择变电所高、低压侧及10KV馈线的断路器、隔离开关 （一）断路器的选择：短断路器时最完善的高压开关，在开关电器中，它结构最复杂，地位最重要，它的制造水平往往反映电力系统的发展水平。1.选择的基本要求：（1） 在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也足够稳定；（2） 在跳闸状态下应具有良好的绝缘；（3） 应有足够的短路能力和尽可能短的分段时间；（4） 应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单，体积小，重量轻，安装维护方便。2.断路器选择的具体技术条件：（1） 型式：a) 高压侧（110KV）：户外SF6断路器b) 低压侧（10KV）：户内真空断路器（2） 额定电压： （工作电压）（3） 额定电流：式中， ：温度修正系数，环境温度为时，=1。 ：流过这台断路器最可能的最大持续工作电流。（4） 额定开断电流：（或）式中，：短路电流周期分量起始值，kA。（5） 额定关合电流：（6） 动稳定校验：（7） 热稳定校验：t同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，并可以适当降低要求。3.断路器选择的结果：断路器设备型号技术参数计算参数(kV)(A)(A)(kA)(kA)(kV)(kA)(kA)(kA)(kA)QF1LW-110I/2500110250031.5125501100.8545.05212.865.052QF21100.0845.05212.865.052QF3ZN12-10/160010160031.58031.5100.9213.0233.1413.02QF4100.9613.0233.1413.02QF5101.3913.0233.1413.02（二）高压隔离开关的选择：隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器，是一种最简单的开关，它的主要用途是保证高压装置检修工作的安全，用隔离开关构成明显的断开点，将需要检修的高压设备与带电部分可靠的断开隔离。1选择的基本要求：（1）隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开；（2）隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间网络的情况下，不到引起击穿而危及工作人员的安全；（3）隔离开关应具有足够的热稳定性，动稳定性，机械硬度，绝缘强度；（4）隔离开关在跳闸合闸时的周期性要好，要有最佳的跳合闸速度，以尽可能的降低过电压；（5）隔离开关的结构简单，动作要可靠；（6）带有接地刀闸的隔离开关，必须安装连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。2. 高压隔离开关选择的具体技术条件：（1）选型 隔离开关对配电装置的布置和占地面积有很大影响，110kV是屋外配电装置，一般选用户外双柱式隔离开关。（2）额定电压选择：（3）额定电流选择： 式中， ：温度修正系数，环境温度为时，=1。（4）热稳定校验： （5）动稳定校验： 3结论110kv出线端主变压器高压侧GW4110/1250GW4110/1250八、选择10KV硬母线(一) 母线的选择1) 选型一般采用铝材，只有当持续工作电流较大且位置特别狭窄的场所，或者腐蚀严重的场所，才选用铜材。20kV及以下且正常工作电流不大于4000kA时，宜选用矩形导体，并且选单条。优点：电阻率高且密度小。2) 截面的选择：在35KV及以下，持续工作电流在400A及以下的屋内配