发电厂电气部分课程设计(降压变电所设计)

目录一.课程设计的目的和要求.1（一）.课程设计的目的.1（二）.课程设计的任务要求.1（三）.设计成果.2二.原始资料分析.2（一）.一次系统接线图.2（二）.负荷情况.2（三）.所址位置.4（四）.气象条件.4三.主接线的设计.4（一）.主接线的设计原则和要求.4（二）.电气主接线的设计原则.5（三）.电气主接线的主要要求.5（四）.主接线方案的选择.5（五）.主接线图.7（六）.变压器的选择.7四.短路电流计算.10（一）.各处短路电流的计算.10（二）.断路器和隔离开关的选择.14（三）.母线的选择.15（四）.电流、电压互感器的选择.17五.断路器控制回路的设计.20五参考文献.22第1页一.课程设计的目的和要求（一）.课程设计的目的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，通过课程设计实践达到：巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”课程的理论知识。熟悉国家能源开发策略和有关技术规范、规定、导则等。掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。学习工程设计说明书的撰写。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。（二）.课程设计的任务要求对任务书原始资料进行分析，画出主接线框图;草拟主接线方案并进行方案比较。拟定的方案应保证供电可靠、技术先进具有可行性、满足技术要求，又必须经济实用。选择短路点，进行短路电流计算。选择主要的电器设备（断路器、隔离开关、母线、互感器等）。（三）.设计成果完成主接线图一张。设计说明书一份。二.原始资料分析110/35/10降压变电所电气部分设计：根据电网规划和地区电力负荷发展的需要，决定在某地区新建一座110KV降压变电所，以缓解地区用电的紧张局面，同时提高系统运行的可靠性。第2页（一）.一次系统接线图（二）.负荷情况该变电所有110/35/10三种电压等级，35KV、10KV侧负荷情况见下表，负荷的同时率均为0.85，年增长率为12%，最大负荷利用小时数均为5500h.2.2.135KV侧表1第3页序号负荷名称最大负荷(KW)功率因数线路长度（Km）回路数供电方式1变电所一48000.80252架空2变电所二50000.80401架空3变电所三50000.85302架空4变电所四48000.85301架空5变电所五80000.80402架空6变电所六80000.80502架空2.2.210KV侧表2序号负荷名称最大负荷（KW）功率因数线路长度（Km）回路数供电方式1电院15000.80102架空2普明村30000.85152架空3西湖公园15000.85151架空4医院15000.80102电缆5电影院15000.85102电缆6电院附小10000.80152架空第4页7侨乡体育馆15000.80152电缆8美食城15000.80101电缆9商业中心20000.80151电缆10民俗村25000.80202架空11步行街20000.80152架空12鲤城大酒店10000.85102电缆（三）.所址位置该所址北侧有约宽80m的公路，交通方便，现有负荷中心和规划中心均在该变电所周围55Km范围内，地势平坦，海拔高度20m，空气污染不严重，土壤电阻率为1000.M。（四）.气象条件当地年最高温度40，年最低温度-10;最热月平均气温30;年主导风向东，最大定时风速28m/s,基本风压值54kg/；雷暴日数为60日/年。三.主接线的设计（一）.主接线的设计原则和要求发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。第5页（二）.电气主接线的设计原则应根据发电厂和变电所所在电力系统的地位和作用。首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求，根据规则容量，本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性，保证供需平衡，电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规则与要求等条件确定，应满足可靠性、灵活性和经济型的要求。（三）.电气主接线的主要要求3.3.1可靠性：可靠性的客观衡量标准时运行实践主接线的可靠性是其组合元件（包括一次不分和二次部分）在运行中可靠性的综合，因此要考虑一次设备和二次部分的故障及其对供电的影响，衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是：断路器检修时，是否影响供电、停电的范围和时间线路、断路器或母线故障以及母线检修时，停电出线回路数的多少和停电时间长短，能否保证对重要用户的不间断供电。发电厂、变电所全部停电的可能性。3.3.2灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便，调度灵活，电气主接线的灵活性要求有以下几方面：调度灵活、操作方便，应能灵活地投切某些元件，调配电源和负荷能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调整要求。检修安全，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时使一次和二次设备等所需的改造最少。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，要适当限制经济型：通过优化比选，应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少，在满足技术要求的前提下，要做到经济合理。（四）.主接线方案的选择第6页3.4.1对于110KV电压级单母分段带旁路断路器经过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修，为了检修出线断路器，不致中断该回路供电，可增设旁路母线。优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置，检修与其相连的任一回线的断路器时，该回路均可以不停电，可以提高供电的可靠性。缺点：此种接线多装了价格较高的断路器和隔离开关，增大了投资。单母分段接线：接线简单清晰，设备少，且操作方便，可提高供电可靠性和灵活性，不仅便于检修母线而减少母线故障影响范围，对于重要用户可以从不同段引两个回路，而使重要用户有两个电源供电，在这种情况下，当一段母线发生故障，由于分段断路器在继电保护装置的作用下，能自动将故障段切除，因而保证了正常段母线不间断供电。综上所述，单母分段接线的可靠性较高，而且比较经济，故110KV侧接线应选单母分段接线。3.4.2对于35KV电压等级双母线接线优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。缺点：停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。双母线分段接线优点：任何时候都有备用母线，有较高的可靠性和灵活性。缺点：增加投资。对于35KV，故采用双母线分段接线。3.4.3对于10KV电压等级双母线分段第7页优点：增加供电可靠性，灵活，当有故障时，只有部分短时停电，而不必短期全部停电，适合出线较多回路。缺点：比双母增加两台断路器，投资有所增加。双母线接线优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。缺点：双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。故采用双母线接线方式。（五）.主接线图主接线图如下：（六）.变压器的选择变电站一：KVAPS608./4cos/11变电站二：25./5/22变电站三：S4.8.0/cos/33第8页变电站四：KVAPS1.56478.0/4cos/4变电站五：9./55变电站六：S108./cos/66对于35KV侧负荷MVAK7.42.421总电院：PS85.0/5cos/77普明村：4.329./3/88西湖公园：KVAS7.1685.0/cos/99医院：P./1/010电影院：VAS7.16485./cos/11电院附小：KP20./0/1212侨乡体育馆：S1875./5cos/1313美食城：VA.0/1414商业中心：KPS258./cos/1515民俗村：31.0/2/1616步行街：VAS58./cos/1717鲤城大酒店：KP.176.0/1818对于10KV侧负荷MKS.253.25总5KV和10KV总负荷VAVA8.671.7.4总第9页35KV最大负荷为42.7MVA，10KV最大负荷为25.1MVA。3.6.1选择变压器：对于，在正常情况T1、T2各承担一半。1TMVAS35.2/7.4中.1/.低S9.3中低高对于、如果有一台坏掉，另一台承担701T2MVASS46.71.2547070）（）（中低高MVAKV89.2*35中S57.1.7071低所以各电压等级容量为上，同理如上。所以选取100/100/50。1T2T1T额定电压（KV）负载损耗（KW）阻抗电压（%）型号额定容量（KVA）高压中压低压空载电流（%）空载损耗（KW）高-中高-低中-低高-中高-低中-低SFS-5005000010038.56.3，6.66525010.517.56.5第10页00/110，10.5，11四.短路电流计算（一）.各处短路电流的计算如果处发生短路，等值电路如图：三相短路，取MVASB10架空线0.4/km电缆0.08/km：1G124.05/8.*103./*dNBSX发电机7./5./0RU变压器2410/*64./*2LAVBSX线路同理，同上。2G：3067.3/1*2.0/*CMAXBS系统第11页10/*504.212线路X所以到电抗为24.194，到电抗为24.194，到电抗为1G2G3G10.067。各电源的计算电抗：58.310/8.2*94./*1BNCSX58.32201.3/0*67.1/*3BCMAXS所以短路电流得：8.5./11cI28.I03.2./133cI短路点总短路电流：)(51.09.160.31/0*.310/*28.310/*28.KAI总总的短路电流：KAI5.如果处短路，等值电路为：1G124.0/*dNBSX发7.%NkU变2410*64./*2avSXBL线第12页：同理同上。2G2：，3067./*CMAXBSX系统102线路阻抗电压%值如下，5.102U5.1735.6%32U各绕组短路电压为：75.10-232k31k-1k1k）（.-%3-1k3-2k-1kk）（UU75.622-1k3-2k3-1k3k）（各绕组等值电抗标幺值为：215.0*175.10%kNBSUX.2kNB135.0*175.60%3kNBSUX各电源到短路点外的转移阻抗为：54.213.025.407.12.0X5.420417.035.21.067.30各电源计算电抗为：第13页09.36185.2*4./*10BNCSX.2/20BNC251.30*417./*30SX所以短路电流为：I0.1=0.026I0.2=0.2428.9.36/1/1cII0.1=0.026I0.2=0.240./22cXI0.1=0.03I0.2=0.028032./13cIKAI5.018.60.310*2.310*28.310*28.总I0.1总=47.5.6.6.KAI.016.04.310*28.310*24.310*24.2.0总如果处短路，等值电路如图各电源到短路处转移阻抗：第14页，4.21cX4.2c28.103cX各电源计算电抗为：9.35108.2*4/*10BNCSX.2/20BNC28.301*8.0/*30CMAXSX计算电抗查运算曲线得短路电流标幺值为：028.935/1/1cI028.I032.84./1/33cXIKAI.60.1*.31*.*028.总查资料，对于无延时保护，微机保护动作时间一般为0.016s-0.03s。prt（二）.断路器和隔离开关的选择选取10KV所连变压器侧的断路器和隔离开关最大工作电流AUSIN6.15302*.13*05.1max低根据、及断路器安在室内要求，查附表六，可选取SN10-NSUaxI10III/2000型少油断路器。固有分闸时间为0.06s，灭弧时间为0.06s。短路热稳定时间为0.2s15.6.0.30ttamprk由前面10KV，短路电流得第15页KAI5.0KAI47.01.KAI4.02.短路周期分量SKAIIQ04.0.47*15.20102t22t2tkpkk）（）（查表3-3，T=0.05短路非周期分量SKATI0125.*5.022rp短路热效应Q.4rpk冲击电流为k3.150*29.1.ishI由下表列出断路器、隔离开关有关参数并与计算数据惊醒比较，由表可知，所选SN10-10III/2000断路器、GN2-10/2000-85隔离开关合格。断路器、隔离开关选择结果如下表：计算数据SN10-10III/2000断路器GN2-10/2000-85隔离开关10VNSU1515.6AmaxI0.5KA=1.34KAshi0.55KQSA21.34KAshi10KVNU2000AI43.3KAbrN130KACLIt2tSKA6.7492130KAesi10KVNU2000AI-t2tISKA0.13585KAesi第16页（三）.母线的选择选取10KV母线，母线上最大工作电AUSIN6.15302*.1305.1max低按长期发热允许电流选择截面，查附表一选取125mm6.3mm矩形铝导体，平放允许电流为1674A，Kf=1.05。当环境温度为30，查附表三可得温度修正系数94.0K则AI6.15.7361*.30al按经济电流密度选择，由最大负荷利用小时数为5500h查图6-17得导体经济密度J=0.73A/mm2max5.0763./15/mJISJ比较二者，故选取最大截面，即：选取125mmx10mm矩形铝导体，导线允许电流为2089A，Kf=1.12则Iab30o=0.94x2089=1963.7A1515.6A热稳定校验正常运行时导体温度=0+（al-0)I2max/Ial2=53.8oc查表6-2，c=99满足短路时发热的最小导体截面Smin=/c=fKkQ22615039./12.*05.m满足热稳定度要求导体自振频率由以下求得Pm=2700m=h*b*Pm=0.125x0.01x2700=3.375(kg/m)J=bh3./12=0.01x0.1253/12=1.63x10-6(m4)第17页导体固定方式为单跨两端固定，多旁路简支。Nf=3.56铝导体三单性结果E=7x1010paL=1.5m自振频率f=HzxMEJLNf153.27.210635.131022可见，对该母线可不计共振取母线处短路时冲击系数K=1.91.9=1.9*1.414*0.05=1.34KAshi*2I导体对垂直可作用力的方向轴的截面系数W=bh2/6=0.1252x0.010=2.6x10-5m单位长度导体上所受相同点动力，查表7-2，取a=0.2m则fph=1.73x10-7xish2/a=1.73x10-7x13402/0.2=1.55(NM)导体最大相见计算应力为ph=fphL2/10w=1.55*1.5/10*2.6*=0.13x105pa0.05kA2S热稳定度符合要求。第19页4.4.2电压互感器的选择选取10kv电压等级上的电压互感器，电压互感器及仪表接线和负荷分配如下图：电压互感器各相负荷分配（不完全星形负荷部分）仪表电压线圈AB相BC相仪表名称及型号每线圈消耗功率cossin仪表数目PabQabPbcQbc有功功率表46D1-W无功功率表46D1-Var有功电能表DS1频率表46L1-Hz电压表46L1-V0.60.51.51.20.3110.38110.925111110.60.50.571.21.390.60.50.570.31.39总计2.871.391.971.39查附表9选用JDJ-10单相油浸式电压互感器，由于回路中有计费电能表，故选用0.5准确级，额定容量为150VA根据上表算出不完全星形部分负荷为第20页Sab=Sbc=2abQP19.3.87.22bcQp41.39.7.12COSab=Pab/Sab=2.87/3.19=0.89ab=27.1oCOSbc=Pbc/Sbc=1.97/2.41=0.82bc=34.9oWSPabA84.1)30.27cs(19.3*)0cos(3/1VarQabA9.).sin(.3)sin(/同理可求出B相负荷为WPB9.1rQB12.0显而易见，A相负荷较大，故应按A相总负荷进行校验VS804.1)09.(84.122故所选JDJ-10型电压互感器满足要求。五.断路器控制回路的设计高压断路器控制回路：指控制(操作)高压断路器分、合闸的回路。电磁操作机构只能采用直流操作电源，弹簧操作机构和手动操作机构可交直流两用，但一般采用交流操作电源。信号回路是指示一次电路设备运行状态的二次回路。主信号按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号等。断路器位置信号用来显示断路器正常工作的位置状态。一般是红灯(符号RD)亮，表示断路器在合闸位置；绿灯(符号GN)亮，表示断路器在分闸位置。采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路控制对象：操动机构中合闸线圈(YC)和跳闸线圈(YT)。第21页电磁操动机构中，合闸线圈（YC）流过电流较大，必须经过中间放大元件进行控制，即用SA控制合闸接触器KM的线圈，再由KM主触头控制电磁操动机构的YC。跳闸后（TD）：FU1SA1110HGR1QFKMFU2绿灯平光预备合闸(PC)：M100（+）SA910HGR1QFKMFU2绿灯闪光合闸(C):SA58KCFQFKMFU2。合闸后(CD):FU1SA1613HRR2KCFIQFYTFU2。红灯（HR）平光预备跳闸(PT)：M100（+）SA1413HRR2