发电厂电气课设 朱正国.doc

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1、成绩 南京工程学院课程设计说明书(论文) 题 目 110/10kV变电所电气部分设计 课 程 名 称 电气部分课程设计 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 电力系统及其自动化（输配电工程） 班 级 输电111 学 生 姓 名 曹浩楠 学 号 206110501 设 计 地 点 指 导 教 师 李伯雄 设计起止时间： 2014 年12月22日至 2015年 1月4 日目录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41.1、确定变电所的类型41.2、对所供电用户的分析42、 选择待设计变电所主变的台数、容量、型式 42.1、变压器台数的确定 42.2、主变压器容量的确定 42.3

2、、主变压器类型的确定 53、 分析确定高、低压侧主接线及配电装置型式 53.1、对电气主接线的基本要求 53.2、高低压侧主接线的确定 63.3、单母分段及桥形接线的优缺点、适用范围63.4、配电装置的要求63.5、确定配电装置74、 确定所用电接线方式 74.1、变压器接入方式和台数确定74.2、变压器容量的选择75、 互感器配置 75.1、电压互感器75.2、电流互感器86、选择设备和导体所必须的短路电流计算 86.1、短路计算目的86.2、短路计算条件86.3、计算步骤和方法97、电气设备的选择 107.1、电气设备选择的一般原则107.2、高压断路器的选择107.3、高压隔离开关的选择

3、138、母线系统设计 138.1、母线的选择139、参考文献 14课程设计目的通过课程设计对所学课程的知识进行强化，提高学生的分析问题和解决问题的能力，拉近课堂与工程设计的距离。使学生完全掌握变电所一次部分的设计过程、主接线和配电装置的初步设计、变电所主设备的选择方法等。课程设计内容1.对C变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析。2.选择C变电所主变的台数、容量、型式。3.分析确定高低压主接线及配电装置型式4.分析确定所用电接线型式。5.进行互感器的配置。6.进行选择设备和导体所必须的短路电流计算。7.选择变电所高、低压侧的断路器、隔离开关、高压熔断器。8.设计10kV母线系统有关原始资料

4、1. 变电所有关资料（110/11kV）变电所编号最大负荷（MW）功率因数（COS）负荷曲线重要负荷（）C200.9A 55L1 36 km，L2 37 km，L3 18 km，L4 17 km。注：A、B、C变电所分别由1/3的学生设计；P1P3，L1L4,每位学生一组数据，互不相同。2. 环境温度最高温度40，最热月最高平均气温323. 变电所10kV侧过电流保护动作时间为1秒4. 110kV输电线路电抗按0.4/km计5. 发电厂变电所地理位置图（附图一）6. 典型日负荷曲线（附图二）附图一 发电厂变电所地理位置图G：汽轮机 QFQ502，50MW COS=0.8，Xd=0.20T：变压

5、器SF740000/12122.5%Po = 46kW PK = 174kW Io% = 0.8 UK% = 10.5附图二 典型日负荷曲线 110/10kV变电所设计说明书一、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1.1、确定变电所的类型 变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着电压变换和分配电能的作用。变电所根据电压等级、容量大小、电源数目、进出线的回路数目和一旦全部停电损失的大小将变电所分为枢纽变电所、中间变电所、地区变电所和终端变电所。枢纽变电所 枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，连接电力系统的高、中压的几个部分，汇集有多个电源和多会大容量联络线，变压容量大，电压等级在330

6、500kV，负责向区域变电所和中间变电所供电。全所停电时，将引起电力系统解列，甚至瘫痪。中间变电所 中间变电所位于一般位于系统的主要环路线路中或系统主要干线的接口处，汇集有2、3个电源，高压侧以交换潮流为主，同时又降压向当地用户供电，电压等级在220330kV之间。全所停电时将使区域电网解列。地区变电所 地区变电所以对地区用户供电为主，是一个地区或城市的主要变电所。高压侧电压等级一般为110kV或220kV。全所停电时仅使该地区中断供电。终端变电所 终端变电所在输电线路的终端，接近负荷点，经降压后直接向电力用户供电，不承担功率转送任务，电压一般为110kV以下。当全所停电时，只影响该变电所的供

7、电用户。由变电所地理位置图得出，变电所C是终端变电所。因为变电所C的高压侧电压是110kV，对地区用户供电为主，当C变电所停运，只影响该变电所的供电用户。1.2、对所供电用户的分析 由任务书中，原始资料图表可得:C变电所的重要负荷占总负荷的55%，按其供电可靠性的要求，负荷被分为三个等级，其中第一类负荷和第二类负荷为重要负荷，第一类负荷和第二类负荷需要采用双回路供电，第三类负荷采用单回路供电以持续供电。因此，C变电所的55%的重要负荷采用双回路供电，35%的非重要负荷采用单回路供电。由Pmax=P1=16MW，每回10kV馈线功率是1.62MW，Pimp=16MW55%=8.8MW。重要负荷供

8、电回路数：8.82=4.4 52= 10回非重要负荷供电回路数：16MW45%2=3.6回 取4回回路数目：10+4=14回2、 选择待设计变电所主变的台数、容量、型式2.1、变压器台数的确定 根据35110KV变电所设计规范（GB50059-1992）规定“第3.1.2条在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。”本次设计10KV侧负荷有55%的重要负荷，所以装设两台主变压器。这样可以减少设备和管理成本，占地省，简化了主接线的型式。2.2、主变压器容量的确定 根据351

9、10KV变电所设计规范（GB50059-1992）规定：“第3.1.3条装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于65的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 即 SN-165%S=55%*（P1/cos)=0.55*（16/0.9)=9.78 MVA SN-1Simp=65%*(P1/cos）=0.65*（16/0.9)=11.56 MVA 取两式结果中的最大的结果得到Smax=11.56MVA，故选择 SN=10MVA(偏小选择，过负荷检验）2.3、主变压器类型的确定变压器相数确定 在330KV以下变电所中，一般选用三相式变压器。变压器绕组数的确定 C变电所为

10、110/10kV变电所，有两个电压等级，故采用双绕组变压器。变压器调压方式的确定 当主变直接向用户供电的110kV及以下变压器采用有载调压，C变电所为110/10kV变电所，电压等级在110kV及以下，故采用有载调压。变压器冷却方式的确定 采用干式变压器经过计算分析，选择2台SF11-25000/110变压器。参数如下：型 号额定容量(kVA)额定电压（kV）联结组标号空载损耗(kW)短路损耗(kW)空载电流(%)短路阻抗(%)SF7-12500/11010000高压：11022.5%低压：11YN，d1119.6701.010.53、 分析确定高、低压侧主接线及配电装置型式3.1对电气主接线

11、的基本要求根据系统和用户的基本要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。停电不仅是发电厂的损失，对国民经济各部门带来的损失将更严重，甚至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失，也会造成不良的政治影响。 衡量主接线运行可靠性的评判标准是： （1）母线故障时或母线检修时，停电范围的大小和停电时间的长短，能否保证供电。 （2）断路器检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，能否保证供电。 （3）发电厂、变电所全部停运的可能性。具有运行、维护的灵活性和方便性 电气主接线的灵活性要求有以下几个方面： （1）调度灵活、操作

12、简便，应能灵活地投入（或切除）某些机组、变压器或线路，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度要求。 （2）检修安全：应能方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。 （3）扩建方便：应能容易地从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，一次和二次设备等所需改造最少。经济性 电气主接线应在满足供电可靠性、灵活性等技术要求的前提下，做到经济合理。 （1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备的投资，要使控制、保护不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。要能限制短路电流，以便于选择价廉电气设备或轻型电器，做到投资省。

13、（2）电能损失小：合理地选择主变压器的种类、容量、台数，避免两次变压而增加电能的损失。 （3）占地面积小：电气主接线选择时要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减少。在可能和允许的条件下，应采取一次设计分期投资、投产，尽快发挥经济效益。3.2高低压侧主接线的确定 110kV侧使用桥型接线，鉴于变压器属于可靠性高的设备，故障率远较线路小，一般不经常切换，因此系统中应用内桥式接线。10kV侧使用单母线分段接线。3.3、单母分段及桥形接线的优缺点、适用范围：单母分段 单母线接线的缺点可以通过将母线分段的方法来克服。由于单母线分段接线既保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在一定程度

14、上克服了它的缺点。故这种接线目前仍被广泛应用。单母线分段接线适用范围： （a）610kV配电装置的出线回路数为6回及以上时；（b）3563kV配电装置的出线回路数为48回时；（c）110220kV配电装置的出线回路数为34回时；但是单母线分段接线也有较显著的缺点，这就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，各段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电，显然对于大容量发电厂和枢纽变电所来说，这都是不能容许的。桥形接线 两个变压器线路单元接线相连，便构成桥形接线。桥形接线分为内桥接线和外桥接线两种。桥形接线的优点是高压断路器数量少，四个回路只需要三台断路器。桥形接线的可靠性不是很高，有时也需要

15、用隔离开关作为操作电器，但由于使用电器少，布置简单，造价低，目前在35220kV的发电厂和变电所中也被广泛应用。此外，只要在配电装置的布置上采用适当措施，这种接线有可能发展成单母线或双母线，因此，可利用作电力装置初期的一种过渡接线。 多数情形中，分段数与电源数相同，故对C变电所中10KV低压侧的接线方式按规程要求，采用单母线双分段接线方式，对重要负荷回路，均以双回路方式供电，保证供电可靠性，考虑到减小配电装置的占地面积和占用面积，消除爆炸的隐患，以及环境保护的要求，主接线不采用带旁路接线。3.4、配电装置的要求 配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备的外形尺寸，运行维护，巡视，操作，检修，运输

16、的安全距离及运行中可能发生的过电压等因素而决定的。 设计原则： 形式选择应考虑所在地理情况和环境条件下优先选择占地面积； 要考虑有利于降低噪声的选择与布置； 城市和农村的110KV配电采用中性布置，10KV采用室内配电。 基本要求： 节约用地； 保证运行可靠； 保证人身安全和防火要求； 安装，运输，维护，巡视，操作和检修方便； 保证安全前提下，布置紧凑，力求节省材料和降低造价； 便于分期建设和扩建。3.5、确定配电装置 发电厂和变电所中，35kV及以下多采用屋内配电装置，110kV及以上多采用屋外配电装置，但110kV及220kV当有特殊要求时，如深入城市中心或处于严重污秽地区，经技术经济比较

17、，也采用屋内配电装置。本变电所为110/10kV变电所，则110kV高压侧选择屋外中型配电装置，10kV低压侧选择屋内单层成套开关柜。四、确定所用电接线方式 根据35110KV变电所设计规范（GB5009-1992）规定：“容量为110KV的变电所的总负荷为150200KVA，35110KV变电所，有两台及以上主变压器时，宜装设两台容量相同，可互为备用所用工作变压器。”“电源引接点相互独立”：当所内有较低压母线时，一般均由较低压母线上引接12台所用变压器。 变压器选择的原则及考虑的因素： 变压器原、副边分别与引接点和所用电系统的额定电压相适应； 联结组别宜使用同一电压级别的所用工作，备用变压器

18、输出电压的相位一致； 阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点、电压及所用电负荷正常波动范围内，所用各级母线的电压偏移不超过额定电压的-5%+5%； 变压器的容量必须保证所用机械及设备能以电源获得足够的功率，所以不能过载容量必须大 于150KV。4.1、变压器接入方式和台数确定 C变电所为110/10KV，用两台变压器应当从10KV侧不同母线上引线，这种引接方式具有经济性，可靠性较高的特点。4.2、变压器容量的选择 假设变压器容量为每台250kVA，由于放在屋内，则采用干式变压器。五、互感器配置5.1、电压互感器5.1.1、电压互感器的一般项目选择型式 根据互感器安装的场所和使用条件，选择电压互

19、感器的绝缘结构和安装方式。一般620kV用户内配电装置中多采用油浸或树脂胶注绝缘的电磁式电压互感器；110kV及其以上的配电装置中的尽可能选用电容式电压互感器。在型式选择时，还应该根据接线和用途的不同，确定单相式、三相式、三相五柱式、一个或多个副绕组等不同型式的电压互感器。接在110kV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通信时，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容式电压互感器。额定电压 为保证测量准确性，电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%110%之间。电压互感器二次额定电压应满足测量、继电保护和自动安装要求。通常，一次绕组接于电网线电压时，二次绕组额定电压选为100V

20、；一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压选为100/V。当电网为中性点直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为100/V；当电网为中性点非直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为100/3V。准确度级 电压互感器二次最大一相的负荷S2，不超过设计要求准确度级的额定二次负荷S2，而且S2应该尽量接近SN2,因S2过小也会使误差增大。电压互感器的二次负荷S2的计算为S2=，式中P0、Q0同一相仪表和继电器电压线圈的有功功率、无功功率。统计电压互感器二次负荷时，首先应根据仪表和继电器电压线圈的要求，确定电压互感器的接线，并尽可能将负荷分配均匀。5.1.2、安装地点母线 一般各段工作母线及

21、备用母线上各装一组电压互感器，必要时旁路母线也装一组电压互感器。主变压器回路 主变压器回路中，一般低压侧装一组电压互感器，使发电厂与系统的低压侧同步用，并供电给主变压器的测量和保护，当发电厂与系统在高压侧同步，或利用6-10KV备用母线同步时，这组互感器可不装设。线路 当对端有电源时，在出线侧上装设一组电压互感器，供监视线路无电压，进行同步和设置重合闸，其中，35220KV线路在一相上装设；300500KV线路在三相上装设。5.2、电流互感器5.2.1、电流互感器的一般项目选择型式 根据安装的场所和使用条件，选择电流互感器的绝缘（浇注式、瓷绝缘式、油浸式等）、安装方式（户内、户外、装入式、穿墙

22、式等）、结构型式（多匝式、单匝式、母线式等）、测量特性（测量用、保护用、具有测量暂态的特性等）。一般常用型式为：低压配电屏和配电装置中，采用LQ线圈式和LM母线式；620kV户内配电装置和高压开关柜中，常用LD单匝贯穿式或复匝贯穿式；发电机回路或2000A以上的回路；可采用LMC、LMZ、LAJ、LBJ型或LRD、LRZD型；35kV及其以上的电流互感器多采用油浸式结构。在条件允许时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节省占地和减小投资。额定电压 电流互感器的额定电压不小于装设电流互感器回路所在电网的额定电压。额定电流 电流互感器的一次额定电流不小于装设回路的最大持续

23、工作电流。电流互感器的二次额定电流，可根据二次负荷的要求分别选择5A或1A等。为了保证测量仪表的最佳工作状态，并且在过负荷时使仪表有适当的指示，当TA用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路正常工作电流大1/3左右。准确度级 电流互感器的准确度级应符合其二次测量仪表、继电保护等的要求。用于电能计算的电流互感器，准确度级不应低于0.5级。用于继电保护的电流互感器，误差应在一定的限制内，以保证过电流时的测量准确度的要求。六、选择设备和导体所必须的短路电流计算6.1、短路计算目的在发电厂，变电所以及整个电力系统的设计和运行工作中，都必须事先进行短路计算，以此作为合理选择有足够热稳定和动稳定度的电

24、气设备及载流导体的重要依据。6.2、短路计算条件 采用近似计算法 UB=Uav SB=100MVA 元件忽略电阻，线路 x1=0.4/km 不计负荷电动机的反馈电流（短路后用户会贡献短路电流，助增短路电流） 每个电压级只计算一个短路点（取短路电流最大和时间最大） 所有元件都运行系统处于最大运方 按10kV出现过电流保护t=1s向电源侧推算：tk=tab+tpr tab0.1s6.3、计算步骤和方法选择计算短路点。绘制计算电路图（画出通过短路电流图）。 绘制等值电路并计算各元件标么值。 化简等值网络：将等值网络化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路 点之间的电抗，即转移电抗。

25、计算无限大系统供给的短路电流标么值和发电机供给的短路电流标么值，得到计算电抗xjs。 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标么值。 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。计算短路电流冲击值。 根据各短路点的用途K点（s）用途K11.1用于选择10kV母线及出线电器K21.6用于选择主变低压侧电器及10kV分段电器K32.1用于选择110kV高压侧电器系统的等值阻抗如图6.1所示：绘制如下表格：短路点2.62.1382.1382.1385.44211.8852.13.4953.4953.5458.89725.7132.14.5624.5624.56211.61343.705七、电气设备的

26、选择7.1、电气设备选择的一般原则7.1.1、按正常工作条件选择类型和型式的选择根据设备的安装地点、使用条件等因素，确定是选用户内型还是户外型；选用普通型还是防污型；选用装配型还是成套性；选用适合有人值班的还是满足无人值班要求等。额定电压按电气设备和载流导体的额定电压UN不小于装设地点的电网额定电压UNS选择。即 UNUNS 。但是限流式熔断器只能用在与其额定电压相同的电网中，若降压使用的话，熔断时产生的过电压将对电网和设备的绝缘造成损害。额定电流 所选电气设备的额定电流IN或载流导体的长期允许电流Iy(经温度或其他条件修正后而得到的电流值），不得小于装设回路的最大持续工作电流，即 INIma

27、x。7.1.2、按短路状态进行校验短路电流的热稳定校验 当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值。 即 制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流，KA 制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间，S 短路电流通过电器时所产生的热效应，短路电流的动稳定校验当被选的电气设备和载流导体通过可能最大的短路电流值时，电动力效应不会造成其变形或损坏。 即短路电流应满足 短路冲击电流幅值 电器允许通过的动稳定电流7.2、高压断路器的选择7.2.1、110kV高压侧选型 除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑安装调试和运行维护的方便。一般635kV选用真空断路器，35500kV选用SF6断路

28、器。因为是110kV电压等级，且SF6无色无味无毒，不可燃，不助燃，化学性质非常稳定，热稳定性极好，绝缘性能稳定，不会老化变质，灭弧能力相当于同等条件下空气的100倍，则高压侧使用SF6断路器。额定电压选择为 设备额定电压 电网额定电压额定电流选择为 设备允许长期通过的最大电流 综合修正系数 电气设备所在回路的最大持续工作电流额定开断电流的校验条件为 （或I） I断路器实际开断时间t的短路电流周期分 断路器额定开断电流额定关合电流的校验条件为 断路器额定关合电流 短路冲击电流幅值热稳定校验应满足 断路器允许通过断路器的热稳定电流，KA 允许通过断路器的热稳定时间，S 短路电流通过断路器时所产生

29、的热效应，动稳定校验应满足 短路冲击电流幅值 电器允许通过的动稳定电流110kV侧断路器的选择结果表设备参数sw2-110计算数据1101102000Imax(A)68.2340Ik(kA)8.897t6400Qk 25.713100ish(kA)8.897由选择结果表可见，所选断路器满足要求7.2.2、10kV低压侧选型 一般635kV选用真空断路器，35500kV选用SF6断路器。因为时10kV电压等级，且在均匀电场作用下，真空的绝缘强度比变压器油、0.1MPa下的SF6以及空气的绝缘强度都好，则低压侧使用真空断路器。额定电压选择为 设备额定电压 电网额定电压额定电流选择为 设备允许长期通

30、过的最大电流 综合修正系数 电气设备所在回路的最大持续工作电流额定关合电流的校验条件为 (或I） I断路器实际开断时间t的短路电流周期分额定开断电流的校验条件为 断路器额定开断电流 断路器实际开断时间t的短路电流周期分动稳定校验应满足 短路冲击电流幅值 电器允许通过的动稳定电流热稳定校验应满足 断路器允许通过断路器的热稳定电流，KA 允许通过断路器的热稳定时间，S 短路电流通过断路器时所产生的热效应，10kV侧主变、分段回路断路器的选择结果表设备参数ZN5-10计算数据10101000Imax(A)750.620Ik(kA)4.562t1600Qk43.70550ish(kA)11.613由选

31、择结果表可见，所选断路器满足要求10kV侧出线回路断路器的选择结果表设备参数SN10-10I计算数据10101015Imax(A)750.616Ik(kA)8.204t1024Qk80.20640ish(kA)20.88由选择结果表可见，所选断路器满足要求7.3、高压隔离开关的选择 110kV侧安装隔离开关，10kV侧不安装隔离开关。因隔离开关没有灭弧装置，不承担接通和断开负荷电流和短路电流的任务，因此不需要校验额定开断电流和关合电流。选型 根据选型参考表得110kV隔离开关使用户外双柱式。额定电压选择为 隔离开关额定电压 电网额定电压额定电流选择为 隔离开关允许长期通过的最大电流 综合修正系

32、数 电气设备所在回路的最大持续工作电流热稳定校验应满足 隔离开关允许通过断路器的热稳定电流，KA 允许通过隔离开关的热稳定时间，S 短路电流通过隔离开关时所产生的热效应，动稳定校验应满足 短路冲击电流幅值 隔离开关允许通过的动稳定电流110kV侧隔离开关的选择结果如下表设备参数GW4-110计算数据110110630Imax(A)68.23tQk25.71350Ish(kA)8.897由选择结果表可见，所选断路器满足要求 8、 母线系统设计8.1、母线的选择选型 一般采用铝材，只有当持续工作电流较大且位置特别狭窄的场所，或者腐蚀严重的场所，才选用铜材。20kV及以下且正常工作电流不大于4000

33、A时，宜选用矩形导体；在40008000A时，一般选用槽形导体；8000A以上的工作电流选管形导体或钢芯铝绞线构成的组合导体。母线截面选择a、 按经济电流密度选择 式中 正常运行时的最大持续工作电流，不考虑运行中电路可能的过负荷及故障或检修时由别的回路转移过来的负荷。b、按最大持续工作电流选择 式中 温度修正系数 经济电流密度热稳定电流校验 式中 C热稳定系数 当 时，满足热稳定；当 时，不满足热稳定。动稳定电流校验 单位长度导体上所受到的相间电动力 支持绝缘子间的跨距 取0.8m 相间距离 取0.35m 当 则母线满足动稳定9、 参考文献1、 姚春球。发电厂电气部分。北京：中国电力出版社 。2、 冯建勤。 电气工程基础 。中国电力出版社。 3、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。