《电系统课程设计》word版.doc

目录摘要-1前言-2初步设计-3变压器选择-31.负荷统计-32.主变压器选择-4电气主接线设计-71.110kv侧主接线-92.10kv侧主接线-10计算-131.工作电流计算-132.短路电流计算-15电气设备选择-201.断路器隔离开关-232.载流导体-25电气主接线图-29摘要众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力，是实现生产自动化的重要物质基础。电能从区域变电站进入工厂后，首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。在工厂，担负这一任务的是供电系统，供电系统的核心部分是变电站，一旦变电站出了事故而造成停电，则整个工厂的生产高一成都将停止进行，甚至还会引起一些重要的安全事故。因此，设计和建造一个以“安全、可靠、经济、油脂”为标准的变电站，对保障工厂生产安全、连续的进行时极为重要的。变电站是电力系统的重要组成不封，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，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟定直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。前言 本次设计为110kv变电站电气一次部分初步设计，分为设计说明书、设计计算书、设计图纸等三部分。所涉及的内容力求概念清楚，层次分明。通过老师的讲解与所学知识的相互结合，我们对此次110kv变电站的初步设计有了一定的了解和认识知道了设计的大概方向。经过两个星期的努力，我们最终完成了此次110kv变电站设计的任务，在此期间老师给我们耐心的讲解使我们能从中受到启发从而学到这一部分知识，感谢老师的辛勤指导，同时也为这次实训画上圆满句号。 本文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图、电气总平面布置图、站用电系统图、防雷保护配置图、各级电压配电装置断面图、直流系统图等相关设计图纸。由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位来时批评指正。某110KV变电站一次电气部分初步设计一、 初始分析1、 本变电站的负荷为四个10KV供电企业 其一，为一负荷，最大负荷为7500KVA，cos=0.9 其二，为二负荷，最大负荷为6300KVA，cos=0.9 其三，为一、二负荷，最大负荷为2500KVA，cos=0.9 其四，为二、三负荷，最大负荷为31500KVA，cos=0.92、 本变电站的电源为区域变电站，距本变电站45km，电源进线为双电源，分别来自不同变电站的不同母线段，电源电抗标幺值Xd=0.105 （Sb=100MVA）二、 设计要求1、做负荷统计确定主变数量、型号。2、确定电气主接线方案。3、计算正常工作状态下长时间工作电流。4、选择短路点（母线上），计算短路电流。5、选择电气设备。变压器选择一、负荷统计 本10HV变电站所统计的总负荷为 Sb=S1=7500+6300+2500+3150 =19450KVA二、主变压器选择 （1）容量的确定: 1）主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。对于城郊变电所,主变压器容量应与城市规划相结合。（发展曲线按10%计算）方案1 选择容量大的变压器优点;一次性投入。同时防止了负荷突然变大，使变压器烧毁。缺点：费用大，体积大，不便于运输。变压器经常处于低于70%满载下。方案2 多用一台变压器 优点:可借用备用变压器，使其剩余不一浪费。处于满载70%以上 缺点：容量变大时，灵活性不高，且不能及时投入。 总结：相对来说，方案2合适，其一，经济型比方案1好；其二，当容量变大时可并联进变压器。所以选择方案2 2)根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。对于有重要负荷变压器的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许进间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%-80%。 S=K Sb=70%19450=13615KVA K同时系数(一般变电站，应能保证全部负荷的70%-80%)所选变压器SNS，根据电气设备手册查得一个接近S ，及SN=16000KVA3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。（2）主变压器台数的确定： 1）对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。 2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。 3）对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。 因此为保障电压水平能够满足用户要求，本所选变压器两台。根据电气设备手册找出一下变压器：表1：序号型号额定容量高压低压连接组标号短路损耗空载损耗空载电流阻抗电压重量外形尺寸1、SL7_16000/1101600011022.510.5，11YNd，118623.50.910.533.6t680043005490武汉长江产1、油浸式无载调压；2、占地面积最大；3、空载损耗大；4、经济价格低2、SFQ7_16000/1101600011022.510.5，11YNd，118621.50.910.535.4482044505610常州变压器厂1、全绝缘无励磁调压、2、油浸式无励磁调压，相对于一号价格较高；3、占地面积大3、SF8_16000/1101600011022.510.5，11YNd，118619.00.710.530.0524043404370佛山市变压器厂1、冷却无载调压；2、损耗小；3，运输较为方便；4、价格介于一二之间；5、占地面积比2大4、SF10_16000/1101600011022.510.5，11YNd，118618.00.910.529.83397042104380铜州整流变压器厂1、为无载调压铜丝绕组；2、损耗低；3、冷却效果好；4、价格相对较高；5、占地面积小5、SFZ7_16000/1101600011010.5YNd，118625.31.210.539.38515043004280湖北变压器厂1、有载调压2、可自动或手动调整电压3、占地面积较大4、属于节能变压系列5、价格比以上几种都高6、重量最大6、SFZ8_16000/1101600011010.5YNd，118620.50.7510.532.0511045304735西安变压器厂1、有载铜丝绕组调压2，重量较重；3、可自动或手动调整电压；4、价格比5高。综合比较，因本站有较多负荷损耗，且离发电厂较远，为了防止损耗过多也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，所以选4号无励磁铜丝双绕组低损耗变压器：SF10-16000/110及变压器选两台 SF10-16000/110 电气主接线设计一、电气主接线设计方法 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。他与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备的选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线的设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理的选择主接线方案。设计的原则和要求 电气主接线设计应满足可靠性、灵活性、经济性三项基本要求，具体情况如下：1、可靠性 研究可靠性应该重视国内外长期运行的实践经验和定性分析，要考虑发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用、所采用的设备的可靠性以及结合一次设备和相应的二次部分在运行中的可靠性进行综合分析。其具体内容如下：（1） 断路器检修时不应影响对系统供电。（2） 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停电回路数和停电时间，并且要保证全部一级负荷和部分二级负荷的供电。（3） 尽量避免发电厂、变电站全部停电的可能。（4） 大机组超高压电气主接线应该满足可靠性的特殊要求。 2、灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活要求。（1） 调度时应该可以灵活的切除和投入发电厂、变电器、线路，以满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下对电源和负荷的调配要求。（2） 检修时可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备。（3） 扩建时可以容易的从初期方案过渡到最终方案，尽量不影响连续供电，并且改建工作量少。 3、经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下尽量做到经济合理。（1） 尽量通过节约一次设备、简化二次部分、限制短路电流以及采用简易电器以节约投资。（2） 主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量减少占地面积。（3） 合理选择变压器种类、容量、数量，避免因为二次变压而导致电能损耗增加。一、110KV 侧主接线选择一般大型变电站，设有两台变压器，一台备用或两台一起用。这样可提高本变电站供电的可靠性。方案（一）无母接线有母线接线表3 方案 项目方案1方案2 技术 接线简单 易于发展 操作方便 可靠性高灵活 检修时，可用另一电源供电 接线简单清晰 设备小 操作方便 可靠性和灵敏性较差 检修。各支路须停止工作经济 价格低 设备少 断路器少 1.一次投资大 2. 断路器多 经过综合比较方案1和方案2好，但方案2变压器调度灵活，所以选用方案1：无母线接线一、10KV 侧主接线选择方案（一）单母接线单母线优点：接线简单清晰，设备小，操作方便，投资少，便于扩建。单母线缺点：可靠性和灵敏性较差在母线和母线隔离开关检修或故障时，各支路都必须停止工作；因出线的断路器检修时，该支路要停止供电。适用范围：单母接线不能满足对不允许停电的重要用户的供电要求，一般用于6200KV系统中，对供电可靠性要求不高。方案（二）单母分段接线单母分段优点；（1） 单母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段母线仍继续工作。（2） 两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电可靠性，可对重要用户供电。单母分段缺点；（1） 当一段母线故障或检修时，该段母线上的所有支路必须断开，停电范围较大。（2） 任意支路断路器检修时，该支路必须停电。适用范围：供电可靠性相对较高，电压为110220kV时，出线回路数为34回为宜。表2方案 项目方案1方案2经济 投资少 便于扩建 投资较大，多一个隔离开关 可扩建技术 接线简单清晰 设备小 操作方便 可靠性和灵敏性较差 检修。各支路须停止工作 可靠性高 故障时，不用全部停电 支路断路器检修时，该支路须停电。经过综合比较方案2在经济性上比方案1好，少按一台断路器等，且调度灵活也可保证供电的可靠性。所以选用方案2。单母分段：计算一、正常工作状态下，长时间工作电流低压母线侧的负荷S=13615KVA cos=0.9有功功率P=Scos=136150.9=12253.5KW无功功率Q=Ssin=136150.44=5934.64Kva变压器的有功损耗可用下公式： 2 2 Pt=PFe+PCu (Sc/SN)Po+Pk(Sc/SN) 计算出的Pt=80.3kw变压器无功损耗由两部分：一部分无功功率损耗用来产生主磁通，也就是激磁电流。这部分用Q0表示 Q0SN (I0%/100)另一部分无功损耗在变压器一、二次绕组的电抗上，这部分用QN表示 QNSN (Uk%/100)变压器的无功损耗计算公式： QT=Q0+QN2SN I0%/100+(Uk%/100)( SC/SN)计算得QT=1360.48Kva高压侧计算负荷Sg= S+ =14977.69KVA功率因数cos=0.82低压侧正常工作电流AUSI06.786.10*31361531=高压侧正常工作电流AUSIa61.78.110*369.1497732=选择短路点（母线上），计算短路电流高压侧短路电流：（1）发电机出口SB=100MVAXd=0.105转移电抗1. 计算短路电流短路电流标幺值：kAfIf5.9105.01x1*=短路电流KAMVAUSIIBBff98.4110*3100*9.53*3)3(=高2. 冲击电流Ikifmm13.38KA98.4*8.1*22)3(=(2)架空线处SB=100MVAXd=0.105Xl=0.15线路电阻转移电抗=+=+=255.015.0105.0L*xxdXf3. 计算短路电流短路电流标幺值：kAfIf92.3255.01x1*=短路电流KAMVAUSIIBBff06.2110*31003.923*3)3(=高4.冲击电流AIkifmm24kA.506.2*8.1*22)3(=低压侧短路电流：(1)变压器出线处SB=100MVAXd=0.105Xl=0.15Xt=0.656变压器电阻转移电抗1.计算短路电流短路电流标幺值：W=1.11*ffXI短路电流AUSIIBBffk35.610*31001.13)3(*)3(=低2. 冲击电流kAkmIifm16.1635.6*8.1*22)3(=计算次值为变压器出线处选择断路器和隔离开关(2)母线处SB=100MVAXd=0.105Xl=0.15Xt=0.656转移电抗1.计算短路电流短路电流标幺值：=2.21*ffXI短路电流AUSIIBBffk.12.710*31002.23)3(*)3(=低3. 冲击电流kAkmIifm32.32.12.7*8.1*22)3(=计算次值为母线上选择断路器和隔离开关根据以上短路电流和接线设计，为了经济性和节约断路器，只给高压侧按装一个断路器因为高压侧电流小。所选为表4高压电流短路电流冲击电流110KV78.61A2.06KA5.24KA低压电流短路电流冲击电流10KV786.1A6.35KA16.16KA10KV母线上12.7KA32.32KA电气设备选择1、 一般原则1. 应满足正常运行、检修、短路喝过电压情况下的要求并考虑远景发展。2. 应按当地环境条件校核。3. 应力求技术先进和经济合理4. 与整个工程的建设标准应协调一致5. 同类设备应尽量减少品种6. 选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经证实鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正是坚定的新产品时，应经上级部门批准2、 技术条件选择的高压电气设备，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。各种高压电气设备的一般技术条件如表5所示。 表5 选择电气设备的一般技术条件序号电气设备名称额定电压（kV）额定电流（A）额定容量（kVA）机械荷载（N）额定开端电流（kA）短路稳定热稳定动稳定1.高压断路器2.隔离开关3母线1. 长期工作条件（1） 电压：选用的电气设备允许最高工作电压Umax 不得低于该回路电网的最高运行电压UNSmax，即 UmaxUNSmax 三相交流3kV及以上电气设备的额定电压与最高电压见表6 表6 电气设备的额定电压与最高电压（kV）设备额定电压36103563110220330500设备最高电压3.56.911.540.569126252363550(2) 电流：选用的电气设备的额定电流IN不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流。Imax，即 由于变压器短时过载能力很大，双回线路出线的工作电流变化幅度也较大，故计算其工作电流时应根据实际需要确定。 高压电气设备没有明确过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。（3） 机械负荷：所选电气设备端子的允许负荷，应大于其引线在正常运行和和短路时最大作用力。电气设备机械负荷的安全系数，由制造部门在产品制造中统一考虑。2、 短路稳定条件（1） 校验的一般原则 1）电气设备在选定后应按可能通过的最大短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单项、两相接地短路较三相短路严重时，应按严重情况校验。 2）用熔断器保护的电气设备可不验算热稳定。当熔断器有限电流作用时，可不验算动稳定。用熔断器保护的电压互感器会路，可不验算动、热稳定。（2） 短路的热稳定条件。该条件为 式中 Qk在计算时间td内，短路电流的热效应（kA2s）Itt内电气设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）iesikIesikt电气设备允许通过的热稳定电流时间（s）（3） 短路的动稳定条件。该条件为 式中ik短路冲击电流的峰值Ik短路全电流有效值(KA)Ies电气设备允许的极限通过电流峰值(KA)Ies电气设备允许的极限通过电流有效值(KA)断路器和隔离开关选择该系统按无限大计算，也就是说次暂态短路电流周期分量有效值等于T1暂态短路电流周期分量有效值等于T2暂态短路电流周期分量有效值。继电保护时间按Tpr=1.5s一、110 侧电气选择1） 计算最大持续工作电流 根据变压器的容量、额定电压Imax，通过查询后，可选择110kv LW（ofpi）-110/1250，隔离开关型号GW4110/630。2） 计算周期分量的热效应值 由于tk大于一秒，故不计算非周期分量的热效应。短路电流的热效应为Qk =Qp=6.5(KA.s)冲击电流ik=5.24KA表7列出高压断路器和隔离开关的选择结果计算数据LW（ofpi）-110/1250GW4110/630110kv额定电压110（kv）110（kv）83.9A额定电流1250A630A额定开断电流245Ka2.06kA热稳定电流25kA（3s）20kA（4s）5.24Ka额定峰值耐压电流63kA50kA（动稳定电流）分闸时间0.03s6.518751600由选择结果表可见，各项条件均能满足，因此所选的110kv侧隔离开关和断路器开关合格。二、10 侧电气选择3） 计算最大持续工作电流根据变压器的容量、额定电压Imax，通过查询后，可选择10kv瓷柱式六氟化硫断路器LN212，隔离开关型号GN1-104） 计算周期分量的热效应值 2Qp=It =62.09由于tk大于一秒，故不计算非周期分量的热效应。短路电流的热效应为Qk =Qp=62.09(KA.s)冲击电流ik=16.16KA表7列出高压断路器和隔离开关的选择结果计算数据GN110LN21210kv额定电压10（kv）10（kv）923.76A额定电流1000A1250A额定开断电流25kA6.93kA热稳定电流36kA（4s）25kA（3s）17.6kA额定峰值耐压电流80kA（动稳定电流）63Ka分闸时间0.04s73.951841875由选择结果表可见，各项条件均能满足，因此所选的10kv侧隔开关合格。 本变电所四个供电企业工作最大电流分别为一负荷，最大负荷为7500KVA Imax=433.0A二负荷，最大负荷为6300KVA Imax=363.7A一、二负荷，最大负荷为2500KVA Imax=144.3A二、三负荷，最大负荷为31500KVA Imax=181.9A选择断路器LW3-12/400隔离开关GN30-10/400，用于四个支路中，经验算，都符合其要求。载流导体选择本次载流导体包含两部分：软导体、硬导体。对于110kv、35kv侧的主母线和相对应的变压器引线选用软导体，对于10kv侧的主母线和相对应的变压器引线选用硬导体，导体材料尽可能不用铜。导体界面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。除配电装置的回击母线外，对于年负荷利用小时数大、传输容量大、长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度来选择。（1）按到起长期发热允许电流选择。其计算式为 KIalImax式中 Imax-导体所在回路中的最大持续工作电流；Ial- 在额定环境温度 =30 时导体允许电流K-在实际温度和海拔有关的综合修正系数（2）按经济电流密度选择。按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。对不同的导体种类和不同的最大负荷利用小时数Tmax，将有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度J。 S=Imax/J式中Imax-正常工