课程设计110-10KV变电站电气一次部分设计

精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 XXXX 学校 课程设计说明书课程设计说明书 题题 目 目 A1 A1 110 10KV110 10KV 变电站电气一次部分设计变电站电气一次部分设计 姓姓 名 名 院院 系 系 XXXXXXXXX 学院 专业班级 专业班级 电气工程及其自动化 20XX 级 X 班 学学 号 号 指导教师 指导教师 成成 绩 绩 时间 时间 20XX 年年 XX 月月 XX 日至日至 20XX 年年 XX 月月 XX 日日 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 郑州轻工业学院 课程设计任务书课程设计任务书 题目题目 A1 A1 110 10KV110 10KV 变电站电气一次部分设计变电站电气一次部分设计 专业专业 学号学号 姓名姓名 XXXX 主要内容 基本要求 主要参考资料等 主要内容 基本要求 主要参考资料等 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 低压侧主接线及配电装置型式 4 进行互感器 避雷器等电气设备配置 5 进行短路电流计算 6 选择变电所高 低压侧及 lOkV 馈线的断路器 隔离开关 7 选择 10kV 硬母线 8 编写设计说明书 计算书 绘制电气主接线图 二 设计文件及图纸要求 1 设计说明书一份 2 计算机绘制变电所主接线图一张 三 有关原始资料 1 发电厂变电所地理位置图 见附图 各变电站布置方式无特殊要求 2 环境最高气温 40 最热月最高平均气温 32 3 110kV 输电线路电抗均按 0 4 km 计 4 最大运行方式时 发电机并联运行 A B 站电源线路分裂运行 C 站电源线路并联运 行 5 各变电站负荷的功率因数cos 均按 0 9 计 6 设计参数 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 输电线路长度 km各变电站 10kV 最大负荷 MW 条件 序号 L1L2L3L4 系统 容量 MVA P1 重要负 荷率 P2 重要负 荷率 P3 重要负 荷率 115221110730282622 217201512850292519 3252312151020252318 428251711780232217 52227191669021 65 19 70 16 58 附图 发电厂变电所地理位置图 G 一 汽轮发电机 QFS 50 2 10 5KV 50MW cos O 8 X d 0 195 T 变压器 SF10 63000 121 2x2 5 YNd11 UK 10 5 Po 45 5kW Pk 221kW Io O 4 四 参考文献 1 冯建勤 电气工程基础 北京 中国电力出版社 2010 2 孙丽华 电力工程基础 北京 机械工业出版社 2006 3 水利电力部西北电力设计院 电力工程电气设计手册 电气一次部分 北京 水利电力出 版社 1989 4 姚春球 发电厂电气部分 北京 中国电力出版社 2004 精品文档 4欢迎下载 目录 第一章 资料分析 1 第二章 主变容量 形式及台数的选择 2 第四章 电气设备配置原则 6 第五章 短路电流计算 8 第六章 主要电气设备选择与校验 13 参考文献 19 致谢 20 附录 电气主接线图 21 附录 电气设备布局图 22 精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 第一章 资料分析 第一节第一节 变电所在电力系统的地位变电所在电力系统的地位 电力系统是由发电机 变压器 输电线路和用电设备 负荷 组成的网络 它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备 电力系统中的这些互 联元件可以分为两类 一类是电力元件 它们对电能进行生产 发电机 变 换 变压器 整流器 逆变器 输送和分配 电力传输线 配电网 消费 负荷 另一类是控制元件 它们改变系统的运行状态 如同步发电机的励 磁调节器 调速器以及继电器等 其中变电所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 1 地区变电所 高压侧一般为 110 220kV 向地区用户供电为主的变电 所 这是一个地区或城市的主要变电所 全所停电后 仅使该地区中断供电 第二节第二节 负荷资料负荷资料 今欲组建的 110kV 降压变电站 有 2 条 110kV 进线 10 回 10KV 出线 主 要负荷电压等级为 10kV 根据 课程设计任务书 给定的负荷资料 110kV 侧 L2 线和 L3 线二回线路 由发电厂和系统提供电源 系统容量 730MVA 发电机 100MVA 10kV 侧 10 回出线 负荷 28MVA 重要负荷率 0 65 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 第二章 主变容量 形式及台数的选择 主变压器是变电站 所 中的主要电气设备之一 它的主要作用是变换电 压以利于功率的传输 电压经升压变压器升压后 可以减少线路损耗 提高了 经济效益 达到远距离送电的目的 而降压变压器则将高电压降低为用户所需 要的各级使用电压 以满足用户的需要 主变压器的容量 台数直接影响主接 线的形式和配电装置的结构 因此 主变的选择除依据基础资料外 还取决于 输送功率的大小 与系统的紧密程度 同时兼顾负荷性质等方面 综合分析 合理选择 第一节第一节 主变压器台数的选择主变压器台数的选择 由原始资料可知 我们本次设计的变电站是区域变电站 主要是接受由发 电厂变 110kV 的功率和相邻变电所提供 110kV 的功率 通过主变向 10kV 线路输 送 假设主要为 I 类负荷 停电会对生产造成重大的影响 因此选择主变台数 时 要确保供电的可靠性 为了提高供电的可靠性 防止因一台主变故障或检修时影响整个变电站的 供电 变电站中一般装设两台主变压器 互为备用 可以避免因主变故障或检 修而造成对用户的停电 若变电站装设三台主变 虽然供电可靠性有所提高 但是投资较大 接线网络较复杂 增大了占地面积和配电设备及继电保护的复 杂性 并带来维护和倒闸操作的许多复杂化 并且会造成短路容量过大 考虑 到两台主变同时发生故障的几率较小 适合负荷的增长和扩建的需要 而当一 台主变压器故障或检修时由另一台主变压器可带动全部负荷的 70 能保证正 常供电 故可选择两台主变压器 第二节第二节 主变压器容量的选择主变压器容量的选择 主变压器容量一般按变电站建成后 5 10 年规划负荷选择 并适当考虑到 远期 10 20 年的负荷发展 对于城郊变电站主变压器容量应与城市规划相结合 该变电站近期和远期负荷都已给定 所以 应根据近期和远期总负荷来选择主 变容量 根据变电站所带负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量 对 于有重要负荷的变电站应考虑当一台主变压器停用时 其余变压器容量在计及 过负荷能力的允许时间内 应保证用户的一级和二级负荷 对一般性变电站当 一台主变压器停用时 其余变压器容量应能保证全部负荷的 70 80 该变电 站的主变压器是按全部负荷的 70 来选择 因此装设两台变压器后的总的容量 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 为 Se 2 0 7 Pm 1 4Pm 当一台变压器停运时 可保证对 70 负荷的供电 考虑到变压器的事故过负荷能力为 30 则可保证 98 负荷供电 因为该变电站 的电源引进线是 110kV 侧引进 而高压侧 110kV 母线负荷不需要经过主变倒送 因此主变压器的容量为 Se 0 7S S 为 10kV 侧的总负荷 10kV 侧负荷 由设计任务书可知 变电所负荷达 28 兆瓦 功率因素取 0 9 主变容量按 10kV 侧总负荷的 70 来选择 S cos 28 0 9 31 11 MVA 总容量达 31 11MVA S主变 S 总 70 31 11 70 21 78 MVA 主变容量选择 因此选择 2 台 25 兆伏安主变可满足供电要求 第三节第三节 主变压器形式的选择主变压器形式的选择 1 主变相数的选择 主变压器采用三相或单相 主要考虑变压器的制造条件 可靠性要求及远 输条件等因素 特别是大型变压器尤其需要考虑其运输可能性保证运输尺寸不超 过遂洞 涵洞 桥洞的允许通过限额 运输重量不超过桥梁 车辆 船舶等运 输工具的允许承载能力 当不受运输条件限制时 在 330kV 及以下的变电站均 应选用三相变压器 本次设计的变电站位于市郊 交通便利 不受运输条件限制 故可选择三 相变压器 减少了占用稻田 丘陵的面积 而选用单相变压器相对来讲投资大 占地多 运行损耗大 同时配电装置以及继电保护和二次接线比较复杂 增加 了维护及倒闸操作的工作量 2 主变调压方式的选择 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头 从而改变变压器变 比来实现的 切换方式有两种 不带电切换称为无激磁调压 调整范围通常在 5 以内 另一种是带负载切换 称为有载调压 调整范围可达 20 对于 110kV 的变压器 有载调压较容易稳定电压 减少电压波动所以选择有载调压 方式 且规程上规定对电力系统一般要求 10kV 及以下变电站采用一级有载调压 变压器 所以本次设计的变电站选择有载调压方式 3 连接组别的选择 变压器绕组的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 Y 和 我国 110kV 及以上电压 变压器绕组 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载 都采用 Y0 连接 35kV 变压器采用 Y 连接 其中性点多通过消弧线圈接地 35kV 以下电压 变压器绕组都采用 连接 本次设计的变电站的两个电压等级分别为 110kV 10kV 所以选用主变的 接线级别为 YN d11 接线方式 4 容量比的选择 根据原始资料可知 110kV 侧负荷容量与 10kV 侧负荷容量一样大 所以 容量比选择为 100 100 5 主变冷却方式的选择 主变压器一般采用冷却方式 有自然风冷却 小容量变压器 强迫油循 环风冷却 大容量变压器 强迫油循环水冷却 强迫导向油循环冷却 在水源充足 为了压缩占地面积的情况下 大容量变压器也有采用强迫油 循环水冷却方式的 强迫油循环水冷却方式散热效率高 节约材料 减少变压 器本身尺寸 其缺点是这样的冷却方式要在一套水冷却系统和有关附件 冷却 器的密封性能要求高 维护工作量大 而本次设计的变电所位于郊区 对占地 要求不是十分严格 所以应采用强迫油循环风冷却方式 因此选择 2 台 25 兆伏安主变可满足供电要求 选择主变型号为 SFZ10 25000 110 容量比 高 低 100 100 电压分接头 121 2 2 5 10 5kV 阻抗电压 高低 10 5 联结组别 YN d11 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载 第三章 电气主接线 本变电所 110kv 有两回进线 可采用的方案有 方案一 一 二次侧均采用单母分段接线 当一段母线发生故障 分段断 路器自动切断故障段 保证正常母线不间断供电 适用于两回以上进线或者进 出线较多的总降压变压所 这种接线的供电可靠性高 运行灵活 但高压开关设备较多 投资大 用 于有大量一二类负荷的变电所 方案二 一次侧采用内桥接线 二次侧采用单母分段接线 适用有两回进 线和两台变压器的总变电所 这种接线所用设备少 结构简单 占地面积小 供电可靠性高 适用于有一二类负荷的变电所 综合考虑 A 处变电站有两回进线和两台变压器 投资 结构和占地面积 本变电所采用方案二 电气接线图如图附录 所示 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载 第四章 电气设备配置原则 110kv 配电装置为室外普通中型布置 110kv 采用门型母线架 进出线构建 宽 8m 10kv 配电装置为室内成套开关柜 主变压器 10kv 侧经矩形铝母线引入开关 柜 支持绝缘子间距 2m 相间中心距 0 4m 变电所平面布置如图附录 所示 第一节第一节 断路器的配置断路器的配置 下列各回路在发电机出口处宜装断路器 1 联合单元回路 以下各回路在发电机出口处必须装设断路器 1 扩大单元回路 2 三绕组变压器或自耦变压器回路 第二节第二节 隔离开关的配置隔离开关的配置 1 发电机或变压器中性点上的消弧线圈 应装设隔离开关 2 接在母线上的避雷器和电压互感器 可合用一组隔离开关 但对于 330 500kV 避雷器和线路电压互感器均不应装设隔离开关 因 330 500kV 避雷器除保护大气过电压外尚要限制操作过电压 而线路电压互感器接 着线路主保护 都不能退出运行 它们的检修可与相应回路检修同时进行 第三节第三节 接地开关的配置接地开关的配置 1 为保证电器和母线的检修安全 35kV 及以上每段母线根据长度宜装设 1 2 组接地开关或接地器 两组接地开关间的距离应尽量保持适中 母线的接 地开关宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联隔离开关上 也可装于其 他回路母线隔离开关的基座上 必要时可设置独立式母线接地器 2 63kV 及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧 宜配置接地开关 双母线接线两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地开 关 3 旁路母线一般装设一组接地开关 设在旁路回路隔离开关的旁路母线侧 4 63kV 及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设一组接地开关 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载 第四节第四节 电压互感器的配置电压互感器的配置 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关 并应满足测量 保护 同期 和自动装置的要求 电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时 保护装置 不得失压 同期点的两侧都能提取到电压 1 6 220kV 电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器 2 旁路母线上是否需要装设电压互感器 应视各回出线外侧装设电压互感 器的情况和需要确定 3 当需要监视和检测线路侧有无电压时 出线侧的一相上应装设电压互感 器 4 当需要在 330kV 及以下主变压器回路中提取电压时 可尽量利用变压器 电容式套管上的电压抽取装置 第五节第五节 电流互感器的配置电流互感器的配置 1 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器 其数量应满足测量仪表 保 护和自动装置要求 2 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器 发电机和变压器的中性 点 发电机和变压器的出口 桥形接线的跨条上等 3 对直接接地系统 一般按三相配置 对非直接接地系统 依具体要求按 两相或三相配置 4 一台半断路器接线中 线路一线路串可装设四组电流互感器 在能满足 保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器 线路 变压器串 当变 压器的套管电流互感器可以利用时 可装设三相电流互感器 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载 第五章 短路电流计算 1 根据系统接线图 绘制短路等效电路图 取基准容量 Sd 100MVA 基准电压 Ud1 115kv Ud2 10 5kv Sn 2 X50 0 8 125 系统容量 S 730MVA 则 1 1 0 502 3 d d d S IKA U 2 2 5 499 3 d d d S IKA U 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载 各元件电抗标幺值计算如下 X1 X2 0 195 100 50 0 8 0 312 X3 X4 10 5 63 0 167 X5 0 4 22 100 115 115 0 067 X6 0 4 22 100 115 115 0 067 X7 X8 10 5 25 0 42 X0 100 730 0 137 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载 2 k1 短路 短路等效电路图 1 K 1 s 12 2 s 10 9 11 6 X9 X1 X2 X3 X4 0 156 0 0835 0 24 X12 0 204 X10 0 378 X11 0 291 系统 1 计算电抗为 系统 2 计算电抗为 查表 0 0 2 4 0 46 2 302 1 950 2 088 0 48 2 203 1 879 2 507 2 45 0 417 0 399 0 419 2 50 0 409 0 391 0 410 系统 1 电抗标幺值 I 2 210 I0 2 1 906 I4 2 069 系统 2 电抗标幺值 i 0 413 i0 2 0 395 i4 0 415 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载 则流入 K1 点的总短路电流为 I I Sn Ud1 3 i S Ud1 3 3 149KA I0 2 I0 2 Sn Ud1 3 i0 2 S Ud1 3 2 883KA I4 I4 Sn Ud1 3 i4 S Ud1 3 3 070KA 非发电机电压母线发电厂高压侧母线短路 Ks取 1 8 冲击电流为 Ish 2KshI 8 030KA 3 k2 短路 短路等效电路图 2 K 1 s 12 2 s 14 9 15 13 X13 X7 X6 0 48 X14 1 343 X15 1 305 系统 1 计算电抗为 Xc X14 Sn Sd 1 679 系统 2 计算电抗为 Xs 1 305 850 100 11 093 查表 0 0 2 4 1 65 0 622 0 586 0 642 1 75 0 586 0 544 0 602 系统 1 电抗标幺值 I 0 612 I0 2 0 577 I4 0 631 系统 2 电抗标幺值当计算电抗 Xjs 3 45 时 其短路电流查表得出 当计算电抗 Xjs 3 45 时 则可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载 I 1 Xs 0 090 I0 2 0 090 I4 0 090 则流入 K2 点的总短路电流为 I I Sn Ud2 3 i S Ud2 3 11 080KA I0 2 I0 2 Sn Ud2 3 i0 2 S Ud2 3 10 670KA I4 I4 Sn Ud2 3 i4 S Ud2 3 11 294KA 非发电机电压母线发电厂高压侧母线短路 Ks取 1 8 冲击电流为 Ish 2KshI 28 201KA 短路电流计算结果汇总表 系统最大运行方式 三相短路电流 kA 主 变压器 运行方 式 短 路 点 I0 2 I 4 3 149 2 883 3 070 8 030 分 裂 运 行 1 1 080 1 0 670 1 1 294 28 201 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载 第六章 主要电气设备选择与校验 一 110KV 断路器 1 额定电压选择 断路器电压选择 Un不小于电网额定电压 110KV Un选择 126KV 2 额定电流选择 断路器工作电流 Imax 25000 3 110 131 220A In 不小于 Imax 据以上数据 可以初步选择 LW36 126 型六氟化硫断路器 参数如下 额定电压 110kV 最高工作电压 126kV 额定电流 3150A 额定开断电流 40kA 动稳定电流 峰值 100kA 热稳定电流 4s 有效值 40kA 额定开合电流 峰值 100kA 全开断时间 50ms 3 校验热稳定 I2tt 40 40 4 6400 KA2S I24t 3 070 3 070 1 1 10 37 KA2S I2tt I24t 4 动稳定校验 Ies 100KA Ish 8 030KA 二 110kA 隔离开关 1 额定电压 Un 126KV 电网额定电压 110kV 2 额定电流不小于 Imax 131 220A 根据以上数据 可以初步选择 GW4 126 型户外隔离开关 其技术参数如下 额定电压 126kV 动稳定电流峰值 50kA 额定电流 600A 热稳定电流 4s 20kA 3 热稳定校验 I2tt 1600 KA2S I24t 10 37 KA2S 4 动稳定校验 Ies 50kA Ish 8 030KA 三 110KV 电流互感器 1 电网额定电压 110kV 电网电流 Imax 131 220A 根据以上数据 可以初步选择 LCWD 110 型户外电流互感器 其技术参数如下 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载 额定电流比 300 5A 热稳定倍数 75 动稳定倍数 150 2 热稳定效验 KtI1N 2t 1687 5 KA2S I24t 10 37 KA2S 3 动稳定效验 Kes 2I1N 63 63 kA Ish 8 030KA 四 110KV 电压互感器 1 电网额定电压 110kV 可选择 JCC1 110 型电压互感器 电压互感器不需要动稳定和热稳定校验 主变 110kv 侧电气设备校验表 安装地点电气 条件 设备型号规格 项目 数 据 项目 LW3 6 126 断 路器 G W4 126 隔离开 关 LCWD 110 电流互 感器 JCC 1 110 电 压互感器 F Z 110 避雷器 Un kv1 10 Un kv1101 10 1101 10 A 1 31 315 0 6 00 300 5 3 14 40 8 03 1005 0 66 63 1 0 4 640 0 1 600 1687 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载 五 10KV 引线侧断路器 1 额定电压选择 断路器电压选择 Un不小于电网额定电压 10KV Un选择 12KV 2 额定电流选择 断路器工作电流 Imax 25000 3 10 1443 418A In不小于 Imax 据以上数据 可以初步选择 ZN28 12 型真空断路器 参数如下 额定电压 10kV 最高工作电压 12kV 额定电流 2000A 额定开断电流 31 5 kA 动稳定电流 峰值 80kA 热稳定电流 4s 有效值 31 5 kA 3 热稳定校验 I2tt 3969 KA2S I24t 318 886 KA2S 4 动稳定校验 Ies 80kA Ish 28 201KA 六 10KV 出线侧断路器 1 额定电压 Un选择 12KV 电网电流 I Imax 10 144 342A In不小于 Imax 可选择 ZN28 12 型隔离开关 其技术参数如下 额定电压 12kV 动稳定电流峰值 50kA 额定电流 630A 热稳定电流 4s 20kA 2 热稳定校验 I2tt 1600 KA2S I24t 318 886 KA2S 3 动稳定校验 Ies 50kA Ish 28 201KA 七 10KV 引线侧电流互感器 1 电网额定电压 10kV 电网电流 Imax 1443 418A 根据以上数据 可以初步选择 LBJ 10 型电流互感器 其技术参数如下 额定电流比 1500 5A 热稳定倍数 50 动稳定倍数 90 2 热稳定效验 KtI1N 2t 3750 KA2S I24t 318 886 KA2S 3 动稳定效验 Kes 2I1N 190 89 kA Ish 28 201KA 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载 八 开关柜 本所二次侧的最高电压为 10 5kv 额定电流为 1443 418kA 额定短路开关电流应大于额定耐受电流大于综合以上 选择 JYN 10 开关柜最 高电压 11 5kv JYN 10 最高电压 11 5kv 额定电流 2000kA 额定短路电流选 16kA 额定峰耐 受电流 31 5kA 额定短路持续时间 4s 综上其满足 10kv 侧需求 九 10KV 出线侧电流互感器 1 电网额定电压 10kV 电网电流 I Imax 10 144 342A 根据以上数据 可以初步选择 LBJ 10 型电流互感器 其技术参数如下 额定电流比 600 5A 热稳定倍数 50 动稳定倍数 90 2 热稳定效验 KtI1N 2t 900 KA2S I24t 318 886 KA2S 3 动稳定效验 Kes 2I1N 76 356 kA Ish 28 201KA 十 10KV 电压互感器 1 电网额定电压 10kV 可选择 JSZW 10 型电压互感器 电压互感器不需要动稳定和热稳定校验 十一 10KV 母线 1 按发热条件选择截面 10kv 母线的最大持续工作电流为 1443 418A 时 双条 平放型矩形铝母线的 允许载流量1443 418A 故是 10kv 汇流母线选择 型矩形铝母线 2 热稳定度校验 满足热稳定度的最小允许截面为 实际选用母线截面 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载 所以热稳定度满足要求 3 动稳定校验 取母线档距为 1 2m 相间中心线距 s 为 0 25m 因为 故母线截面的形状系数 三相短路冲击电流在中间相产生的电动力为 母线的弯曲力矩为 母线的截面系数为 母线受到的最大计算应力为 所 以动稳定满足要求 主变 10kv 侧电气设备校验表 项 目 数 据 项目 Z N28 12 断路器 Z N28 12 断路器 L BJ 10 电