综合设计报告(模板)

课程设计说明书课程名称： 综合课程设计 设计题目： 某化纤毛纺织厂全厂总配电所 及配电系统设计 学生姓名： 张三 学 号： 3 院 系： 机械与控制工程学院 专业年级： 2011级机械制造与自动化专业 指导教师： 李四 2016年6月5日中国石油大学胜利学院综合课程设计课程设计说明书目 录1 原始资料分析11.1 工程情况分析11.2 电力系统情况分析11.3 负荷情况分析11.4 环境条件分析12 设计说明部分22.1 主接线设计22.2 变压器22.2.1 变压器形式的选择22.2.2 变压器台数和容量的确定23 设计计算部分33.1 变压器的选择33.2 短路计算33.2.1 短路电流计算的目的33.2.2 短路电流计算方法43.2.3 三相短路电流计算43.3 电气设备选择计算73.3.1 选择电气设备原则73.3.2 校验电气设备原则84.3.3 设备选择及校验93.3.4 母线的选择123.4 继电保护计算133.4.1 主变压器继电保护配置与整定133.4.2 输电线路继电保护173.4.3 站用电设计203.5 防雷及接地计算203.5.1 防雷203.5.2 接地计算224 结果与结论4.1 设计结果4.2 设计结论中国石油大学胜利学院综合课程设计课程设计说明书1 原始资料分析1.1 工程情况分析待设计变电站的电源，由双回220kV线路送到本变电站；在中压侧110kV侧送出8回线路；在低压侧35kV母线，送出10回线路；在本站220kV母线有3回输出线路。1.2 电力系统情况分析确定本变电站的电压等级为220/110/35kV，220kV是本变电站的电源电压，110kV和10kV是二次电压。1.3 负荷情况分析110kV侧有8回出线，最大负荷为200MW，cos=0.85，一、二类负荷各占50%，每回负荷按25MW考虑，出线最长一回为30km；35kV侧有10回出线，最大负荷为70MW，cos=0.8，一、二类负荷各占50%，每回负荷按7MW考虑，出线最长一回为30km。系统的阻抗标幺值为0.018。1.4 环境条件分析该变电站年最高气温42，年最低气温-10，平均气温20，年最热月平均气温30，年雷暴日为30天，土壤性质以砂质粘土为主。该变电站位于市郊生荒土地上，地势平坦、交通便利、环境无污染。2 设计说明部分2.1 主接线设计在本课题设计中，有2回220kV线路送到本变电站，送出3回，在中压侧110kV母线，送出8回，对于220kV地区性变电站来说，双母线接线的可靠性已能达到要求，且地区性变电站主要是要求经济性，因此采用双母线接线，当一母线故障或检修的时候，由母联断路器向另一母线充电，直到完成母线转换过后才断开母联断路器，使原工作母线退出运行，保证了供电的可靠性。在低压侧35kV母线，送出10回线路，考虑到地区性一般变电站对经济性的要求，采用单母线分段接线，当一母线发生故障时，分段断路器能自动把故障切除，保证正常段母线不间断供电以不至于造成用户停电。2.2 变压器2.2.1 变压器形式的选择变压器分类很多，按功能分有升压和降压变压器；按冷却方式分有油浸式和干式。在选用变压器时应选用低损耗节能型变压器，如S9系列。2.2.2 变压器台数和容量的确定1） 台数确定 台数确定应满足用电负荷的可靠性要求，在一、二级负荷变电所中用两台变压器，对季节性负荷或负荷变化大的变电所也采用两台。2） 容量的确定 单台时额定容量应满足全部用电设备的计算负荷，且留有一定的裕度。两台时任一台单独运行应满足计算负荷60%-70%的要求，而且任一台单独运行时应满足所有一、二级负荷的需要3。3 设计计算部分3.1 变压器的选择根据第二章对变压器的说明，按照课题内容的要求，本变电站有两回电源进线，系统有110kV和35kV两个负荷等级，其最大有功负荷为200MW，cos=0.85，和70MW，cos=0.8200/0.85+70/0.8322.8（MVA）需要选择的变压器容量S0.7322.8225.96（MVA）选用三绕组变压器2，查手册，选出的设备如表4-1所示： 表3-1 变压器型号选择SFPS7型220kv级三相三圈无载调压变压器额定容量MVA容量比电压比组别空载损耗W负载损耗W阻抗电压%高中高低中低240100/100/5024222.5%/121/38.5YN，yn，d1113572012-1422-247-93.2 短路计算计算短路电流主要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求；评价确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算输电线路对通讯网络设施的影响等。在电力系统设计中，短路电流的计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平年一般取工程建成后510年中的某一年。计算内容为系统在最大运行方式时，各枢纽点的三相短路电流。3.2.1 短路电流计算的目的1） 短路点的选取：各级电压母线、各级线路末端。2） 短路时间的确定：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算短路电流的时间。3） 短路电流的计算：最大运行方式下最大短路电流；最小运行方式下最小短路电流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条件，取决于计算短路电流的目的 。3.2.2 短路电流计算方法 供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法。1） 标幺值法标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。2） 有名值法有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1kV以下低压供电系统短路电流的计算。3.2.3 三相短路电流计算三相短路是电力系统最严重的短路故障，三相短路的分析又是其他短路分析的基础。由于本课题系统为无限大容量系统，其各点的短路电流计算如下：根据系统接线图绘制等值电路图如图3-1所示：图3-1 系统等效电路图短路电流的计算通常采用近似标幺值计算。取=100MW，各级基准电压为平均额定电压。第二章已选出主变压器（三绕组），其阻抗电压如表3-2所示：表3-2 变压器阻抗电压绕组高中高低中低阻抗电压%1214222479计算每组绕组的短路电压百分数：=（）=（13238）=14=（）=（13823）=-1=（）=（82313）=9取=100MVA，=计算变压器各绕组的标幺值：=0.0583 =-0.0042 = =0.03752号变压器的参数与1号变压器的参数一致。1） 当（f-1）点（220kv母线）发生短路时的计算=0.018 =55.6有名值： =55.6=55.6=14（kA）冲击电流：=2.55=2.5514=35.7（kA）2） 当（f-2）点（110kV母线）发生短路时的计算=+=0.0583-0.0042=0.0541=0.0271=+=0.018+0.0271=0.0451=22.17有名值：=22.17=22.17=11.1（kA）冲击电流： =2.55=2.5511.1=28.3（kA）3） 当（f-3）点（35kV母线）发生短路时的计算=+=0.0583+0.0375=0.0958=0.0479=+=0.018+0.0479=0.0659=15.2有名值：=15.2=15.2=23.7（kA）冲击电流：=2.55=2.5523.7=60.44（kA） 4） 当（f-4）点（110kV出线）发生短路时的计算 =0.430=0.09 =+=0.0451+0.09=0. 1351 =7.4有名值：=7.4=7.4=3.7（kA）冲击电流：=2.55=2.553.7=9.44（kA） 5） 当（f-5）点（35kV出线）发生短路时的计算=0.430=0.876=+=0.0479+0.876=0.9239=1.08（kA）有名值：=1.08=1.08=1.7（kA）冲击电流：=2.55=2.551.7=4.34（kA）短路电流如表3-3所示： 表3-3 短路电流值计算参数短路点短路电流有名值 kA冲击电流kA220KV1435.7110KV11.128.335KV23.760.44110KV出线3.79.4435KV出线1.74.343.3 电气设备选择计算供配电系统中的电气设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，电气设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件。设备还要适应所处的位置、环境温度、海拔高度，以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。3.3.1 选择电气设备原则1） 电器选择的一般原则（1） 应满足正常运行、检修、短路和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，并经正式鉴定合格。2） 额定电压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。因此，在电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择。即3） 额定电流电气设备的额定电流是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即：4） 环境条件对设备选择的影响当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。5） 机械荷载所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。3.3.2 校验电气设备原则1） 校验的一般原则（1） 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，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相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。（2） 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。2）短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件。式中：短路电流产生的热效应、电气设备允许通过的热稳定的电流和时间3） 电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为： 式中： 短路冲击电流幅值 电气设备允许通过的动稳定电流幅值 4） 短路计算时间验算热稳定的短路计算时间为继电保护动作时间和相应断路器的全开断时间之和，即： 一取保护装置的后备保护动作时间5） 绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。但所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备4。4.3.3 设备选择及校验由得出通过各母线以及出线的最大电流，如表4-4所示：式中：，分别为电气设备和电网的额定电压，分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流根据第2章介绍的知识部分器件选择型号以及校验如表4-5所示8：表3-4 母线及出线的最大电流值110kV35kV220kV35kV出线110kV出线1.231.441.231.440.8450.1440.154 表3-5 电气设备型号选择及校验 计算参数设 备kVAAASkAS22084514000357002.5+0.04+0.06=2.62.6=509.611012301110028302.0+0.04+0.06=2.12.1=254.13514402370060442.0+0.04+0.06=2.12.1=1179.5110出线154370094401.5+0.04+0.06=1.61.6=21.935出线144108043401.5+0.04+0.06=1.61.6=4.62 断路器参数设备kVAkA kAS热稳定校验 kA动稳定校验SW6-2202201200214=176453SW6-110110150031.54=396980SW2-35II35150024.84=2460.283SW4-1101101000214=176455SW2-35356006.64=174.217隔离开关参数设备A极限电流KAkAS热稳定校验 kA动稳定校验GW4-220D/1000-801000804=2246.880GW4-110/1250-551250554=211655GW5-35G/1600-10016001004=2500100GW4-110D/1000-801000804=184980GW5-35G/600-72600724=102472电压互感器参数设备一次电压kV二次电压V最大容量MVAJDR-2201.2JDR-1101.2JDJJ-351.2 电流互感器参数设备一次电流A二次电流AkAS热稳定校验 kA动稳定校验LCWD3-220120051=5184601.4141.2101LCWB6-1102100051=225001301.4142368LCWD1-35150051=10561001.4141.5212LCWD-11060051=20251301.4140.6110LCW-3560051=15211001.4140.6573.3.4 母线的选择1） 220kV侧母线的选择=845A按长期发热允许电流选择截面，因为220kV 侧为户外配电装置，所以选用软导线。选用型号为LGJ500的钢芯铝绞线，允许载流量为1023A。 环境温度最高为42C，查表修正：0.741023A=757845A不满足条件改选LGJ630，允许载流量为1185，修正：0.741185A=877845A满足条件热稳定校验：正常运行时导体温度=（）式中：导体要安装实际温度 长期发热允许最高温度42（7042）=67C查下表，选热稳定系数C 表4-6 热稳定系数值不同温度下裸导体的C值工作温度606570硬铝及铝锰合金908987查得：C89前已算得：372 kAS则满足短路时发热的最小导体截面为：=227.2630 满足热稳定要求由于是软导线，所以可不必校验动稳定。2） 110kV侧母线的选择=1230A选用软导线，型号为LGJ1000的钢芯铝绞线，允许载流量为1807A。环境温度最高为42C，查表修正：0.7418071337A1230A热稳定校验：正常运行时导体温度： （）42（7042）66C查表得：C89则满足短路时最小截面积：1791000满足热稳定要求。3） 35kV侧母线的选择1440A选用软导线，型号为LGJ1250的钢芯铝绞线，允许载流量为2087A。修正：0.7420871544.4A1440A 热稳定校验：正常运行时温度： （）42（7042）66C查表得：C89则满足短路时最小截面积3811000满足热稳定要求。3.4 继电保护计算3.4.1 主变压器继电保护配置与整定根据变压器的常见故障，按照GB50062-92规定，变压器应装设过电流保护和电流速断保护装置，用于保护相间短路；800kVA以上油浸式变压器应装设气体保护装置，用于保护变压器的内部故障和油面降低；单台运行的变压器容量在10000kVA以上或双台并列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上，或者电流速断的灵敏度不满足要求时，应装设差动保护装置，用于保护内部故障和引出线相间短路；装设过负荷保护和温度保护装置，分别用于保护变压器的过负荷和温度升高3。本次设计主变压器装有瓦斯保护、过电流保护、速断保护和差动保护。1） 瓦斯保护（包括轻瓦斯和重瓦斯保护）瓦斯保护用来反应油箱内部各种短路故障及油面降低，其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器两侧断路器，通过连接片切换，也可动作于信号。瓦斯保护由瓦斯继电器、信号继电器及切换片组成，安装在主变压器油箱与油枕之间的连接管道上。当油箱内部轻微故障时，轻瓦斯保护动作，而当内部发生严重故障时，则由重瓦斯保护动作跳开主变压器两侧断路器，将故障部分切除。2） 过电流保护计算各电压等级一次侧额定电流；选择电流互感器变比；确定各侧互感器的二次额定电流，计算结果表3-7所示：表3-7 各电压等级二次额定电流值变压器额定电流（A）220kV110kV35kV=573=1145=3599变压器绕组接线方式电流互感器接线方式计算的电流比=992/5=1983/53599/5选用的变比=240=2400=800二次回路额定电流（A）=4.13=4.96=7.79过电流保护采用三相星形接线，继电器为DL-11型，TA变比为=240。（1） 变压器保护继电器的动作电流(A)取 =7(A)保护一次侧动作电流;(A)（2） 动作时间整定t=+t=2+0.5=2.5(s) （取=2s）（3） 灵敏度校验满足要求为变压器二次侧最小运行方式下发生两相短路时一次侧的穿越电流。3） 电流速断保护（1） 变压器保护继电器的动作电流（A）取 =21(A)保护一次侧动作电流：(A)（2） 灵敏度校验灵敏度不满足要求，须装设差动保护。4） 差动保护由上边图表所示可知，35kV侧的二次回路额定电流大于220KV和110kV侧，故选35kV侧为基本侧。（1） 一次侧动作电流利用BCH-2型差动继电器躲过变压器的厉磁涌流，即：=1.33599=4678.7(A)躲过变压器外部短路时最大不平衡电流： 式中，0.1为电流互感器允许的最大相对误差；为电流互感器的同型系数型号相同取0.5，为由变压器调压所引起的误差百分数，一般取调压范围的一半；为平衡线圈的整定匝数与计算匝数不相等引起的相对误差，初步计算可取0.05；为保护外部短路时的最大电流。躲过电流互感器二次回路断线：（A） 按躲过外部最大不平衡电流，取其中的最大值，所以：（A）线圈接线和匝数：35kV侧接差动线圈其余两侧接相应平衡线圈基本侧继电器的动作电流：（A）（2） 基本侧工作线圈匝数选用继电器的实际整定匝数为=10则继电器的实际动作电流为：（A）非基本侧平衡线圈匝数的确定220kV侧：取平衡线圈为8匝 110kV侧：取平衡线圈为5匝（3） 校验相对误差=0.0450.05得出以上结果计算有效，无须重新计算（4） 灵敏度校验满足要求3.4.2 输电线路继电保护1） 110kV输电线路保护（1） 电流速断保护110kV出线的计算电流：（A）动作电流整定：（A）取 =41(A)保护一次侧动作电流：（A）灵敏度校验：满足要求（2） 定时限过电流保护动作电流整定：(A)取 =4(A)保护一次侧动作电流：(A)动作时间整定：t=+t=1+0.5=1.5(s)为下级线路过电流保护动作时限灵敏度校验：满足要求2） 35kV输电线路保护（1） 电流速断保护35kV出线的计算电流：（A）动作电流整定：（A）取 =12(A)保护一次侧动作电流：（A）灵敏度校验：满足要求（2） 定时限过电流保护动作电流整定：(A)取 =4(A)保护一次侧动作电流：(A)动作时间整定：t=+t=1+0.5=1.5(s)为下级线路过电流保护动作时限灵敏度校验：满足要求3) 三相一次重合闸为提高供电可靠性，减少线路停电次数，以及提高电力系统并列运行 稳定性和纠正断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，线路装设三相一次重合闸装置。三相一次重合闸的跳、合闸方式为无论本线路发生何种类型的故障，继电保护装置均将三相断路器跳开，重合闸启动，经预定延时（可整定，一般在0.51.5s间）发出重合闸脉冲，将三相断路器一起合上。若是瞬时性故障，因故障已经消失，重合成功，线路继续运行；若是永久性故障，继电保护再次动作跳开三相，不再重合。三相一次重合闸主要有重合闸启动、重合闸时间、一次合闸脉冲、手动跳闸闭锁、手动合闸于故障时保护加速跳闸等元件组成。 三相重合闸的时间整定原则：（1） 在断路器跳闸后，负荷电动机向故障点反馈电流的时间；故障点的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度需要的时间；（2） 在断路器动作跳闸熄弧后，其触头周围绝缘强度的恢复以及消弧室重新充满油、气需要的时间；同时其操作机构恢复原状准备好再次动作需要的时间。（3） 如果重合闸是利用继电保护跳闸出口启动，其动作时限还应加上断路器的跳闸时间。根据我国一些电力系统的运行经验，重合闸的最小时间为0.30.4s。3.4.3 站用电设计变电站的站用电源，是保证正常运行的基本电源。通常不少于两个。其引接方式有两种：一种是从母线侧引入，另一种是从主变低压侧引入。本站由于没有具体说明，因此采用通过断路器和隔离开关从低压侧引入。本站是用两台500kVA变压器接入，为此查手册选出站变型号，如表4-8所示：表3-8 站变型号选择型号高压kV低压kV组别空载损耗负载损耗空载电流AS7500/35350.4Y，yn01.087.701.93.5 防雷及接地计算3.5.1 防雷防雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。电力系统中最基本的防雷保护装置有：避雷针避雷线避雷器和防雷接地等装置。变电所的雷害事故来自两个方面：一是雷直击变电站；二是雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入变电站。对直击雷的防护一般采用避雷针或避雷线，对雷电侵入波的防护的主要措施是阀型避雷器限制过电压幅值，同时辅之以相应措施，以限制流过阀型避雷器的雷电流和降低侵入波的陡度。1） 直击雷防护在对较大面积的变电站进行保护时，采用等高避雷针联合保护要比单针保护范围大。因此，为了对本站覆盖，采用四支避雷针。被保护变电站总长108.5m，宽79.5m，查手册，门型构架选取高15m1。避雷针的摆放如图4-2所示：图4-2 避雷针摆放图79.5m；108.5m135mh所以，需要避雷针的高度h为：h1534.3m两针间的保护最低点高度验算：对保护的高度：12（3、4）号针之间的高度：34.323m15m23（1、4）号针之间的高度：34.318.8m15m