110KV变电站课程设计范例(本科课设)

1、.发电厂电气部分课程设计学生姓名：学号：专业班级：指导教师：二年月日Word 资料.Word 资料.目录（二号字体）1.22.110KV233445869712Word 资料.Word 资料.1 课程设计目的电气主接线是发电厂，变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节，而电气设备的选择是电气设计的主要内容之一。本次课设通过 110/10kv 变电站的设计，对变压器选择，限制短路电流的方法进行分析，通过对电气主接线经济性，灵活性，可靠性的分析，选出最优方案。2 110KV 变电站设计依据和要求2.1 依据根据设计任务书下达的任务和原始数据设计。2.2 设计内容为了满足该县负荷发展及电

2、网电力交换的需要，优化该县的电网结构，拟在县城后山设计建设一座 110/10 的降压变电所，简称 110kV 变电所。2.3 电力系统概述本变电所与电力系统联系1、接线图电力系统 Sj =100MVA110kV 变电所110kV110kV 变10kV#1 #2 #3 #4 #5 #6Word 资料.说明110kV 变电所通过两回110kV 线路接至该变电所，再与电力系统相连。这里将Sj 取为100MVA,系统侧提供短路电流为22.17kA; 按供电半径不大于5kM要求 ,110kV 线路长度定为 4.8kM。110kV 变电所在电力系统中的地位和作用1、根据 110kV变电所与系统联系的情况，

3、该变电站属于终端变电所。2 、110kV变电所主要供电给本地区用户，用电负荷属于类负荷。2.4 110kV 变电所各级电压负荷情况分析供电方式110kV 侧：共有两回进线，由系统连接双回线路对110kV 变电所供电。10kV 侧：本期出线 6 回， 由 110kV 变电所降压后供电。负荷数据1、全区用电负荷本期为 27MW，共 6 回出线，每回按 4.5MW计；远期 50MW，14 回路，每回按 3.572MW设计；最小负荷按 70计算，供电距离不大于5kM。2 、负荷同时率取 0.85 ，cos =0.8 ，年最大利用小时数 Tmax=4250 小时 / 年。3 、所用电率取 0.1%。2.

4、4 110kV变电所的自然条件水文条件1、海拔 80M2、常年最高温度 40.3 3、常年最低温度1.7 4、雷暴日数 62 日/ 年5、污秽等级为 3 级所址地理位置与交通运输情况地理位置不限制，交通便利。Word 资料.3 主变压器台数、容量、型式的选择 3.1 主变压器的选择原则1、主变压器台数1）为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变压器。2）当只有一个电源或变电所可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。3）对于大型枢纽变电所，根据工程具体情况，可安装2 至 4 台变压器。2、主变压器的容量1）主变压器的容量应根据 5 至 10 年的发展规划进行选择，并考虑变压器正

5、常运行和事故时的过负荷能力。2）对装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足用电负荷的需要，按下式选择：SnKSM或 Sn KPM/cos 式中， Sn变压器额定容量（ kVA），SM， P M变电所最大负荷的视在功率和有功功率（ kVA， kW），cos 负荷功率因子， K负荷同时率，取 0.85 。3）对装有两台变压器的变电所中，当一台断开时，另一台变压器的容量一般保证 70%全部负荷的供电，但应保证用户的一级负荷和大部分二级负荷。每台变压器容量一般按下式选择： Sn0.7S M或 Sn0.7P M/cos 。3、主变压器的型式1）相数；2）绕组数与结构；3）绕组接线方式；4）主变调压

6、方式；5）冷却方式；3.2.计算、选择、校验1、总负荷计算根据负荷数据， 近期 6 回出线，每回按 4.5MW计，近期总负荷 PM=6×4.5=27MW。2、主变压器台数、容量选择计算1）计算主变容量 SM本期：SM=PM cos= 27/0.8=33.75MVA选择主变容量、台数a、SnKSM=0.85 ×33.75=28.688MVAb、选两台主变压器，则每台主变容量SnKSM/2=14.34MVA。校验：按主变压器容量选择原则第 3 点，要求任一台主变 Sn0.7 SM S =0.7 ×33.75=23.625MVA，远期 :SM=PM cos= 50/0.

7、8=62.25MVA选择主变容量、台数a、SnKSM=0.85 ×62.25MVAb、选两台主变压器，则每台主变容量SnKSM/2=26.563MVA。Word 资料.校验：按主变压器容量选择原则第 3 点, 选远期，要求任一台主变 Sn 0.7 SM S =0.7 ×62.5=47.75MVA，选择变压器 SFZ9-50000/110 变压器。结合系统对本变电所的技术要求，最终选择110kV 变电所主变容量Sn =50MVA。故所选变压器容量满足要求。3、主变型式选择按任务书要求并查110kV 变电站设计指导手册附录2-3 。近期主变压器型式选择SFZ750000/110

8、 ；列表如下：额定容量额定电压（ kV）空载空载负载阻抗电流损耗损耗电压连接组别型号（kVA）高压低压（ %）(kW)(kW)(%)SFZ7-3150110±810.50.54714810.5YN,d1150000×1.25%0/1104 电气主接线方案的确定4.1 电气主接线设计的基本要求对电气主接线有以下几方面的基本要求：1、根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。2、具有运行、维护的灵活性和方便性。3、具有经济性：在满足技术要求的前提下，力求经济合理。4、具有将来发展和扩建的可能性。4.2电气主接线设计方案的技术、经济比较与确定各级电压配电装置接线方式的

9、拟定根据电气主接线设计的基本要求及设计基本原则来拟定各级电压配电装置接线方式。1、10kV 电压母线接线方式1）单母线接线2 ） 单母线分段3 ） 双母线接线2、110kV 电压母线接线方式1）单母线接线2）单母线分段3）一台半断路器3、主变台数为了保证供电可靠性，装设两台主变压器。Word 资料.4.2.2 110kV变电所可能采用的电气主接线方式如下：方案110kV单母线分段单母线一台半断路多角形内桥接线接线器接线10kV单母线分段单母线双母线接线单母线分段单母线分段110kV 变电所主接线方案简图如下：方案 :方案：方案的技术比较方案：110kV 电压母线采用单母线分段接线，当一段母线发

10、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和不至于造成用户停电。缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，接在该母线上的回路都要在检修期间停电。可以考虑采用此接线方式。10kV 电压母线采用单母线分段接线，对重要用户可以从不同段母线引出两回路，有两个电源供电，增加了供电的可靠性。缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，接在该母线上的回路都要在检修期间停电。可以考虑采用此接线方式。Word 资料.方案：110KV采用单母线， 10KV亦用单母线接线。优点是接线简单，操作方便，扩建方便，缺点是可靠性差，母线或是隔离开关检修或是故障时，所有回路都要停电运行，造成全厂长期

11、停电。方案：110KV侧采用一台半断路器交叉接线。优点是任何一台母线故障和检修，均不停电，任何一断路器故障检修，也不会引起停电。缺点是接线复杂，占地面积大。10KV侧采用双母线接线， 优点是供电可靠， 可以轮流检修一组母线而不至于造成供电中断，一组母线发生故障后，能迅速恢复供电，调度领会扩建方便。方案：110KV侧采用多角形接线，优点是所以所用断路器比单母线分段还少一台，却具有双断路器双母线的可靠性，任何一台断路器检修时，只需断开两侧隔离开关，不会引起任何回路停电，没有母线，不会产生母线故障带来的影响，操作方便，任何一回路故障时，只需断开与它相连的二台断路器，不会影响其它回路工作。缺点是任何一

12、台断路器端来，多角形就开环运行，且运行方式变化大，亦给电气设备的选择造成困难。10KV侧采用单母线分段。方案：110KV电压测采用内桥接线，内桥接线时在线路故障切除、投入时不会影响其它回路工作，而缺点是在变压器故障或切除，投入时，要使得相应线路短时停电，一般使用与线路较长，变压器不需要经常切换的地方，我们可以通过选择可靠性比较高的 SF6 变压器来解决这个问题。10kV 处依旧选择单母线分段接线。结论：从上述分析比较确定两个技术较好方案：选择方案 I 和方案 V，这两者皆接线简单，并且有一定的可靠性。4.3方案的经济比较1、从电气设备数目及配电装置比较 （因为 10KV侧均采用单母线分段接线，

13、 所以这边比较以 110KV侧主要设备投资为主。）方案方案 方案 V项目10kV 配电装置单母线分段单母线分段110kV 配电装置单母线分段内桥接线主变台数22高压断路器110kV53高压隔离开关110kV66综合投资（万元）242.4156.6Word 资料.2、计算综合投资Z=Z0(1+a/100)Z0主体设备投资，包括主变、高压断路器、高压隔离开关及配电装置综合投资等。a附加投资， 110kV 电压等级取 90%。年运行费用 U年运行费用 U=aA+ U1 + U 2a电能电价（ 0.08 元/KW.H）? A变压器电能损失；? A= n( ? P0+K? Q0 )+1/n( ? P+

14、K? Q)×(S/S N) 2tU1检修维护费，一般取（0.022 0.042 ）Z，Z 为综合投资额。U2 折旧费，一般取（ 0.05 0.058 ）Z。I 0 （%）P0(kW)PK(kW)UK(%)0.547.76194.410.5Q0=I 0%*50000=250KVAQ K=UK%*50000=5250KVA K取 0.1 T max=为 4250h/ 年。方案 Z0=2*600+5*22.2+1.6*60=242.4Z=242.4*(1+0.9)=460.56U1=0.03*460.56=13.82U2=0.05*242.4=12.12 n=2 K=0.1? A= 2*

15、47.76 0.1*2501/ 2148 0.1*5250 62.5 /1002（万元）*4250=117.71万元 )方案 VZ0=2*600+3*22.2+1.6*60=156.6Z=156.6*(1+0.9)=297.54n=2 K=0.1? A= 2* 47.76 0.1*25021/ 2 148 0.1*5250 62.5 /100 *4250=117.71 （万元）万元 )由此可见，设备投资省的运行投资也较深， 故选择方案 V，即 110KV选择内桥接线， 10KV 选择单母线分段接线。确定方案 V 为最佳方案。Word 资料.4.4最佳方案的确定选择方案 V，及 110KV侧采用

16、内桥接线， 10KV侧采用单母线接线，这要不仅满足可靠性，而且比方案一经济。L1L2110kV 变电所主接线图110kvTT10kv#1#2#3#4#5#65 所用电设计5.1基本要求 ：1. 厂用电接线应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修维护方便。2. 尽量缩小厂用电系统的故障范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。3. 充分考虑发电厂正常、事故、检修、起动等运行方式下的供电要求，切换操作简便。4. 便于分期扩建或连续施工，对公用负荷的供电要结合远景规模统筹安排。5.2设计原则：1. 变电站设计电压为 380/220V。2. 母线接线方式A) 大型枢纽变电站采用单母线分段接线；B) 中小

17、型变电站采用单母线接线。3. 60MVA及以上变电站应装设两台所用变压器5.3所用变的确定Word 资料.所用电变压器确定1. 所用电变压器台数： 2 台2. 所用电变压器容量：（ 1）所用电率 0.1%（ 2）所用变容量 ：SN=n× SBN=2× 50000KVA=100000 kVA（ 3）所用电负荷 SJS1=0.1%*SN=0.1%× 100000=100kVA（ 4）SN Sjs *0.7 S N=100*0.7=70KVA3. 所用电变压器的型式查110kV 变电站设计指导附表2-8 ，选择干式变压器 SC-315/10。变压器参数如下表型 号额定容

18、量空载损耗负载损耗高压低压阻抗电压（kVA）（W）（W）(kV)(V)(%)S9-M-80800.251.25104004所用电接线方式 ：通过一个熔断器直接从母线上迎接，采用10KV/400 的联接组别，中性点接地，两个变压器分别接在不同段母线上，互为备用所用电的电源1. 工作电源：保证变电站基本运行的电源2. 备用电源：用于工作电源因事故或是检修而失电时替代工作电源，起后备作用。6 短路电流计算6.1短路电流计算的条件1、因为系统电压等级较高，输电线截面较大，电阻较小，在计算短路电流过程中忽略 R，计及 X。2、计算短路电流时所用的接线方式，按可能发生最大短路电流的正常运行方式，而不能用仅

19、在切换过程中可能并列运行的接线方式。3、计算容量按无穷大系统容量进行计算。4、短路种类按三相短路进行计算。6.2短路电流计算方法和步骤1、选择计算短路点；短路计算点如下：Word 资料.d1 110kV母线短路时的短路计算点d2 10kV 母线并列时母线短路的计算点d3 10kV 母分分列时母线短路的计算点2、画出等值网络图；1）选取基准容量Sb 和基准电压 Ub （kV）（一般取各级的平均电压） ，计算基准电流 I b = Sb/3 Ub（kA）。2）计算各组件换算为同一基准值的标么电抗。3）绘制等值网络图，并将各组件统一编号，分子标各组件编号，分母标各组件电抗标么值。3、化简等值网络图；1

20、） 为计算不同短路点的短路电流值， 需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形的等值网络。2）求出各电源与短路点之间的电抗Xjs 。4、计算短路电流周期分量有名值；5、计算短路电流冲击值；6、绘制短路电流计算结果表。6.3 三相短路电流计算1、电力系统与 110kV 变电所接线图Si=100MV AL=4.8kMX=0.4/ km110kVd-110kVd-2d-3400V短路电流计算，通常采用标幺值的近似计算。设取基准容量为 100MVA，各级基准电压 U B ，则各级电流及阻抗的基准值计算如下：选 SB =100MVA，SBZ BU B（依此类推计算）I B3I B3U BWord 资料

21、.3、网络中各组件阻抗标么值计算1、系统： X1（系统侧提供的短路电流为 22.17kA ）所以X1 =100/ （3 11022.17 ） =0.02372、线路： X 2X 3X LX L=4.80.400/115 2=0.0145X BU B3I B3、110kV 变压器： X 4X 5U d %SB =10.5/100100/50=0.21100SN4、 10kV 变压器：X 6X 7U d %SB=4/100100/0.08=50100SN4、绘制等值电路图5、化简等值电路并计算短路电流1、d-1 ：1X js1231）、计算电抗标幺值： X js1=0.5X+X =0.50.014

22、5+0.0237=0.030952*1*2 ）、 d-1 点短路电流标幺值： I (d 1)1 =1/0.03095=32.31X js1有名值： I (d 1) 有名I ( d1)I B =32.31502=1622AWord 资料.3）、短路冲击电流 i sh ： i sh2ksh I '' =21.85 1622=4232A2、d-2 ：1）、计算电抗标幺值：X js1=0.54* +0.5X2* +X1* =0.5 0.21+0.03095=0.136X2 ）、 d-1 点短路电流标幺值： I (d 1)1=1/0.136=7.35X js1有名值： I (d 1) 有

23、名I ( d 1)I B =7.35 5498.57=40.4KA3）、短路冲击电流 i sh ： i sh2ksh I '' =21.85 40414=105.73KA3、d-3 ：1）、计算电抗标幺值：X js14* +0.5X2* +X1* =0.21+0.03095=0.241=X2 ）、 d-1 点短路电流标幺值： I (d 1)1=1/0.241=4.15X js1有名值： I (d 1) 有名I ( d 1) I B =4.15 5498.57=22.82KA3）、短路冲击电流 i sh ： i sh2ksh I '' =21.85 22.82=5

24、9.7KAs6、短路电流计算结果表 :基 准 电计 算 电短路电流冲击电流短 路点短 路 地抗压标 标么值有名值标么值有名值编号点Xjs (Ub (kV)么值 )”I”(kA)i cj*i cj (kA)I *d-1115110kV0.030932.311.6228.434.232母线510kV 母d-210.5线 (母0.1367.3540.419.23105.73合位 )10kV 母d-310.5线 (母0.2414.1522.8210.8659.7分位 )7 电气设备选择7.1电气设备选择的一般条件按正常工作条件选择1、允许电压最高工作电压U NU Ns2、允许电流最高持续电流I NI

25、max短路状态校验Word 资料.1、热稳定性： I t2tQk2、动稳定性： iesi sh3、短路电流计算条件为使所选的导体或电器具有可靠性和合理性，作校验用的短路电流应按下列情况确定。1）容量和接线； 2）短路种类； 3）计算短路点。4、短路计算时间热稳定短路计算时间t k 等于继电保护动作时间t pr 和相应断路器的开断时间t br 之和 ,t k= t pr +t br断路器选择Imax=1.0550/( 3110)=826.7AUU I Imax 初选选择 LW-110I/2500 断路器NSNN断路器类额定电压额定电流额定开断极限通过热稳定电型(KV)(A)电流 (KA)电流峰值

26、流（ 4s）(KA)LW-110I/210KV250031.512550500 断 路器额定开断电流 I Nbr=31.5KA>I ”=16.22KA i es=125KA>ish =43.58KA热稳定校验：t K=1.5+0.03+0.06=1.59s取 2sQk=16.22 2*2=526.2(KA 2.s) 50 2*4=10000>Qk隔离开关选择隔离开关类型额定电压 (KV)额定电流（ KA） 极限通过电流热稳定电流（KA）（KA）改为 11020008031.5 （ 4s）GW-110/2000i es=80KA>ish=43.58KA热稳定校验：t k=

27、1.5+0.03+0.06=1.59s取 2s1Qk=16.22 2*2=526.2(KA 2.s) 31.52*4=3969>Qk110V 母线选择因为是 110KV，选择 LGJImax=1.05100=5512选择截面积 210mm110370 度说允许载流量为 577A,80 度时允许载流量为586A 满足 Ial>Imax对于无延时保护，传磁电磁保护装置一般为 0.5s至 0.6sWord 资料.SF6燃弧时 间 为0.02s至0.04s,ta取 0.03s,开断时间为0.06s,tk=0.06+0.03+0.5=0.59s,取 tk=1s 热稳定校验2由附表 21 知

28、C=87Q=16.22 *1*106=263.2*106kS minQk263.1*10322满足要求C=186.4mm<210mm电压降校验型号rX(110kv)LGJ-210/350.150.405U %173 ImaxL(rcos+xsin)UU1735514.8(0.150.80.4050.6)%=1.51%<5%11010 3满足要求电晕校验Ucr49.3m1m2 rlg Dm m1 取 0.83，m2取 1，取 1 r=0.15 Dm= 324003504cmrUcr=49.3*1*0.83*0.15*1*lg504142.62 KV0.15Uph=110 =63.5kkv因为 63.5<142.623所以电晕校验满足进出线选择c 按照经济电流密度Smin=Im ax=5512J1.25=440.8mm J 查表知为 1.25选择 LGJ400/50I 70。=898>551A满足热稳定校验Qk=16.22 2*1*106=263.2*106由附表 21 知 C=87S minQk263.1*