发电厂电气部分110KV变电站课程设计

1、 I一、设计内容及要求本次设计旨在掌握变电站设计的基本流程。这既是对平时理论知识的考察，更是对所学专业知识的一次实践。通过本次设计，巩固和加深专业课知识，掌握发电厂部分初步设计的过程，而且也可以拓宽知识面，增强工程观念，培养变电站设计的能力，逐步提高解决问题的能力。同时对能源、发电、变电、和输电的电气部分有了详细的概念，能熟练地运用所学专业知识，如短路计算的基本理论和方法，继电保护整定的基本理论和方法，主接线的设计，导体和电气设备的选择以及变压器的选择等。二、设计原始资料1、 电力系统接线及参数如图1所示，待设计的变电站为丙变电站，是一个110系统的枢纽变电站。2、待设计的变电站的电压等级为：

2、110kV、35kV、10kV。510年规划负荷如下： 2.1 35kV电压级：架空出线6回，每回出线最大输送功率5MW，送电距离30km，功率因数,、类负荷所占比例为60. 负荷同时率取0。9。 2.2 10kV电压级：架空出线10回， 每回架空出线最大输送功率2MW，送电距离6km，功率因数:cos=0.8。,、类负荷所占比例为70.负荷同时率取0.9。3、 自然条件：站址为农田，土质为黏土，土壤电阻率=60m海拔高度.处于类气象区。4、各电压级进出线方向110kV进线为同一方向进线；35kV出线为两个方向出线；10kV出线为多方向出线。5、各电压级母线后备保护的动作时间：10kV母线1s

3、；35kV母线2s；110kV母线3s。6、依据负荷曲线，变电站最大负荷利用小时数。7、电力系统直流分量电流衰减时间常数，（冲击系数）。8、系统运行方式：最大运行方式为发电厂机组全部投入，变电站110kV为4回进线、最小运行方式为每个电厂停一台发电机，变电站110kV各发电厂只有一回进线。三、设计完成后提交的文件和图表2图纸部分：四、进程安排序 号项 目 内 容时间分配1发放设计任务书，介绍设计步骤。6.52分析变电站地位、选择主变、确定主接线和配电装置6.63进行选择设备和导体所必须的短路电流计算6.74选择断路器、隔离开关6.85选择硬母线6.96整理计算书6.117整理说明书6.138绘

4、制主接线图6,17五、主要参考资料1. 姚春球.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社，20072. 范锡普.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社, 20073. 陈跃.电气工程专业毕业设计指南.电力系统分册.北京：中国水利水电出版社，20074. 35110kV变电所设计规范（GB 50059-1992）.北京：中国计划出版社，19935. 导体和电器选择设计技术规定（DLT 52222005）.北京：中国电力出版社，2005高压配电装置设计技术规程（DLT 5352-2006）. 北京：中国电力出版社，2007此表装订在报告（论文）的前面。摘要本摘要主要进行110KV变电站设计。首先根据任务

5、书上所给系统及线路和所有负荷的参数，通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷资料分析，满足安全性、经济性及可靠性的要求确定了110KV、35KV、10KV侧主接线的形式，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数、容量、及型号，从而得出各元件的参数，进行等值网络化简，然后选择短路点进行短路计算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，选择并校验电气设备，包括母线、断路器、隔离开关，并确定配电装置。根据负荷及短路计算为线路、变压器、母线配置继电保护并进行整定计算。本文同时对防雷接地及补偿装置进行了简单的分析，最后进行了电气主接线图的绘制。 目录一发电厂电气部分设计任务书61.1原始资料61.2设

6、计的任务与要求71.2.1 课程设计任务和工作量要求71.2.2 设计内容及要求7二、变压器的选型72.1、主变压器台数的选择72.2、主变压器容量的选择72.3、主变压器型号的选择82.绕组数选择83. 绕组连接方式的选择8三、电气主接线的选择93.1对电气主接线的基本要求93.2、变电站电气主接线的设计原则10四、短路计算124.1短路的危害124.2短路电流计算的目的124.3短路电流计算方法124.4短路计算124.4.1、110kV侧母线短路：14、35KV侧母线短路154.4.3、10KV侧母线短路 154.4.4、35KV出线短路174.4.5、10KV出线短路18五、电气设备的

7、选择185.1导体的选择和校验195.2、导体截面的选择195.3导体的校验：20六、母线的检验和选择206.2、35kv母线选择及校验216.3、10KV侧母线选择及校验22七、断路器和隔离开关的选择及校验23八、 隔离开关的选择:248.1、110kv侧断路器及隔离开关的选择及校验248.2、35kv侧断路器及隔离开关的选择及校验258.3、10kv侧断路器及隔离开关的选择及校验258.4 10KV出线限流电抗器的选择268.4.1. 额定电压的选择262.额定电流的选择263普通电抗器电抗百分数的选择264电压损失校验265热稳定校验266动稳定校验268.5 互感器的选择278.5.1

8、电流互感器的选择278.6电压互感器的选择28九总结语28一发电厂电气部分设计任务书 1.1原始资料 1、电力系统接线及参数如图1所示，待设计的变电站为丙变电站，是一个110系统的枢纽变电站。电力系统接线图及其参数如下: + 2、待设计的变电站的电压等级为：110kV、35kV、10kV。510年规划负荷如下 2.1 35kV电压级：架空出线6回，每回出线最大输送功率5MW，送电距离30km，功率因数,、类负荷所占比例为60. 负荷同时率取0。9。 2.2 10kV电压级：架空出线10回， 每回架空出线最大输送功率2MW，送电距离6km，功率因数:cos=0.8。,、类负荷所占比例为70.负荷

9、同时率取0.9。电阻率为0.4KM3、 自然条件：站址为农田，土质为黏土，土壤电阻率=60m海拔高度.处于类气象区。4、各电压级进出线方向110kV进线为同一方向进线；35kV出线为两个方向出线；10kV出线为多方向出线。5、各电压级母线后备保护的动作时间：10kV母线1s；35kV母线2s；110kV母线3s。6、依据负荷曲线，变电站最大负荷利用小时数。7、电力系统直流分量电流衰减时间常数，（冲击系数）。8、系统运行方式：最大运行方式为发电厂机组全部投入，变电站110kV为4回进线、最小运行方式为每个电厂停一台发电机，变电站110kV各发电厂只有一回进线。1.2设计的任务与要求1.2.1 课

10、程设计任务和工作量要求 课程设计为期二周，工作量充足。 成品提交的设计文件和图纸要求：1设计说明书1份2设计计算书1份3图纸1张：变电所主接线图 1.2.2 设计内容及要求 1.变压器的选型：分析原始资料，根据低压侧的，类负荷容量及变压器选择原则，确定变压器的型号。 2主接线设计：分析原始资料，根据任务数的要求拟出各级电压母线接线方式，选择变压器型式及连接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。 3短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流并列表示出短路电流计算结果。 4 主要电气设备的选择。 二、变压器的选型 2.1、主变压器台数的选择在变电站设计过程中，一般需

11、要装设两台主变压器，防止其中一台出现故障或检修时中断对用户的供电。对110kv及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设24台主变压器，以便减小单台容量。因此，在本次设计中装设两台主变压器。 2.2、主变压器容量的选择 1、主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020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。 2.根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压

12、器的容量一般应满足60%（220kV及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷IS和大部分II类负荷PS(220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部I类负荷IS和II类负荷PS)，即： I+- 最大综合负荷的计算 ，各出线的最大负荷和自然功率因数； K同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小， 线损率，取5% 因此，由原始材料可得： 35KV侧：S=0.9=20.25 MVA 10KV侧：S=0.9 MVA K 则37.8 MVA 主变压器的容量S MVA 应选变压器容量为40000MVA. 2.3、主变压

13、器型号的选择 1.相数选择 变压器有单相变压器组和三相变压器组。在330kv及以下的发电厂和变电站中，一般选择三相变压器。单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输条件的限制时，才考虑采用单相变压器组，因此在本次设计中采用三相变压器组。 2.绕组数选择在具有三种电压等级的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15%以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所内需要装无功补偿设备时，主变压器宜选用三绕组变压器 3. 绕组连接方式的选择变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角

14、形两种。高压绕组为星形联结时，用符号Y表示，如果将中性点引出则用表示，对于中低压绕组则用及表示；高压绕组为三角形联结时，用符号表示，低压绕组用表示。三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，而采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系统时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压的峰值增大，危害变压器的绝缘，还会对通信设备产生干扰，并对继电保护整定的准确性和灵敏度有影响。主变压器的选型：查电力工业常用手册选择主变器型号为：SFPSL-40000/110参数如表：型号额定容量（千伏安）额定电压（千伏） 阻抗电压（%）空载电流（%）高压中压低压SFPSL-40000/11040000/40000

15、/4000011038.522.5%10.5高-中高-低中-低10.517.56.5 2.7因此选择SFPSL-40000/110两台 三、电气主接线的选择 3.1对电气主接线的基本要求 现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足一下基本要求。变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。 （1）运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修

16、时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。（2） 具有一定的灵活性 主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。（3） 操作应尽可能简单、方便。 主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不但不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或者不必要的停电。 （4）经济上合理。 主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，

17、还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。 （5）具有扩建的可能性。 由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能性。 3.2、变电站电气主接线的设计原则 电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。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

18、以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大影响。因此，主接线设计，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，正确处理他们之间的关系，合理的选择主接线方案。在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。 (1)接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥型接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用

19、桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110220kv出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制610kv出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1.变压器分列运行2.在变压器回路中装置分裂电抗器。3.采用低压侧为分裂绕组的变压器。4.出线上装设电抗器。(2) 断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。 方案一：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用双母线接线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式。 方案二：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，10

20、kv侧采用单母线分段接线方式 方案二 电气主接线图方案 1、可靠性：可靠性一般，可以停电检修出线断路器；可靠性一般，可以停电检修出线断路器 2、灵活性：运行灵活性一般, 3、可靠性：投资较双母线分段接法较为经济方案 1、可靠性：可靠性较高，检修任一组母线时不会中断对用户的供电； 工作母线故障时，用户在经历短暂倒排时间后迅速恢复供电；单母分段方式减少了母线故障时造成的损失，缩小了停电范围 2、灵活性：运行灵活，各个电源和备用回路负荷可以任意分配到某一组母线上，通过倒排操作组成各种运行方式；扩建方便，可不影响两组母线的电源和负荷自由组合负荷，向母线任意方向扩建3、经济性：母线隔离开关数目较多，整个

21、配电装置结构复杂，占地面积和投资费用较大，经济性较差经比较上述两个方案，选择方案二。 四、短路计算 4.1短路的危害 （1）通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。 （2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命。 （3）电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量。 （4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。 4.2短路电流计算的目的 在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下一个方面： （1）电气主接线的比较 （2）选择、检验导体和设备 4.3短路电流计算

22、方法 在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主。三相短路用文字符号k表示。在计算电路图上，将短路所考虑的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，由于将电力系统当做有限大容量电源，短路

23、电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出求等效总阻抗，在换算成计算电抗，根据计算曲线查出短路电流标幺值，在换算成有名值。 4.4短路计算 确定短路点：在本次设计过程中，为了方便选择电气设备及校验，选取的短路点为110kv，35kv及10kv母线、以及35KV和10KV出线 三相变压器： 计算后等值电路如下: 取基准值： 4.4.1、110kV侧母线短路： 计算两电源侧对短路点的计算电抗分别为： 查汽轮发电机运算曲线得： 则可求得有名值： 、35KV侧母线短路 则计算电抗为：查汽轮发电机运算曲线得：4.4.3、10KV侧母线短路 ： 4.4.4、35KV出线短路 4.

24、4.5、10KV出线短路五、电气设备的选择在电力系统中，虽然各种电气设备的功能不同，工作条件各异，具体选择方法和校验项目也不尽相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验动、热稳定性。 5、1导体的选择和校验裸导体应根据具体情况，按导体截面，电晕（对110kV及以上电压的母线），动稳定性和机械强度，热稳定性来选择和校验，同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根、双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其

25、机械强度 5.2、导体截面的选择 按导体的长期发热允许电流选择 当实际环境温度不同于导体的额定环境温度时，其长期允许电流应该用下式修正 式中K综合修正系数.不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数为 式中, 导体的长期发热最高允许温度，裸导体一般为 q导体的额定环境温度，裸导体一般为由载流量可得，正常运行时导体温度为 =必须小于导体的长期发热最高允许温度按经济电流密度选择按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小。除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20米以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。经济截面积用下式计算： 式中，正常运行方式下导体的最大持续工作电流

26、，计算式不考虑过负荷和事故时转移过来的负荷；J经济电流密度，常用导体的J值，可根据最大负荷利用时数，由经济电流密度曲线中查出来。按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近上式计算出的经济截面积。 5.3导体的校验： 1、电晕电压校验 2、热稳定性校验 按最小截面积进行校验 当所选导体截面积时，即满足热稳定性要求六、母线的检验和选择 6.1、110kv母线选择及校验 6.1.1、按导体的长期发热允许电流选择; 查矩形导体长期允许载流量表，每相选用单条mm矩形铝导体，,平放时允许电流集肤效应系数 环境温度为40摄氏度时的允许电流为： 满足长期发热要求。热稳定校验： 短路电流热效应： 查 J/(m) 得

27、 （铝导体最高允许温度）。 按最小截面积算： 满足要求。6.2、35kv母线选择及校验 按导体的长期发热允许电流选择： 查矩形导体长期允许载流量表，每相选用单条405mm矩形铝导体，,平放时允许电流集肤效应系数环境温度为40摄氏度时的允许电流为：满足长期发热要求。 热稳定校验：短路电流热效应： 导体发热前的初始温度：查 J/(m) 得按最小截面积算： 满足要求。6.3、10KV侧母线选择及校验 按导体的长期发热允许电流选择： 查矩形导体长期允许载流量表，每相选用单条1008mm矩形铝导体，,平放时允许电流集肤效应系数 环境温度为40摄氏度时的允许电流为：满足长期发热要求。 热稳定校验 短路电流

28、热效应： 导体发热前的初始温度：查 J/(m) 得按最小截面积算：七、断路器和隔离开关的选择及校验 高压断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并且经过经济技术方面都比较厚才能确定。根据目前我国高压断路器的生产情况，电压等级在10Kv220kV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用6SF断路器。 7.1 高压断路器选择的技术条件如下： 1.短路器种类和型式的选择：按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器（多油，少油），压缩空气短路器，短路器，真空短路器等。 2 额定电压,额定电流的选择： 3.开断电流选择 4. 短路关合电流的选

29、择 :短路电流最大冲击值 5.短路热稳定和动稳定校验 , 八、 隔离开关的选择: 由于隔离开关没有灭弧装置，不能用来开断和接通负荷电流及短路电流，故没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同 8.1、110kv侧断路器及隔离开关的选择及校验根据短路计算结果计算数据SW6-110/1200型断路器GW4-110D/1000-80隔离开关110KV208.31A7.8012KA19.893KA19.893KA110120031.5kA80KA3969KA2*S80KA-110KV1000A2311KA2*S 80KA 8.2、35kv侧断路器

30、及隔离开关的选择及校验根据短路计算结果计算数据SW2-35/1000型断路器GN2-35T/400-52隔离开关35KV350.74A8.007KA20.418KA20.418KA35KV1000A24.8kA63.4KA 63.4KA-35KV400A- - 52KA 8.3、10kv侧断路器及隔离开关的选择及校验 根据短路计算结果 计算数据SN10-10/1000型断路器GN6-10/1000-80隔离开关10KV954.793A19.5750KA49.9KA49.9KA10KV100031.5kA80KA7499KA2*S80KA-10KV1000A-3969KA2*S 80KA 8.4 10KV出线限流电抗器的选择8.4.1. 额定电压的选择 2.额定电流的选择 3普通电抗器电抗百分数的选择 4电压损失校验 5热稳定校验 6动稳定校验iesish 线路最大工作电流,系统容量2.5MVA