电气工程基础课程设计.doc

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1、电气工程基础课程设计题目：110kV 降压变电站电气系统初步设计学生姓名：林俊杰专业：电气工程及其自动化班级：电气0906 班学号：200911914指导教师：罗毅目录变电站电气系统课程设计说明书一、概述1、设计目的2、设计内容3、设计要求二、设计基础资料1、待建变电站的建设规模2、电力系统与待建变电站的连接情况3、待建变电站负荷三、主变压器与主接线设计1、各电压等级的合计负载及类型2、主变压器的选择四、短路电流计算1、基准值的选择2、一、 概述1、 设计目的（ 1） 复习和巩固电气工程基础课程所学知识。（ 2） 培养和分析解决电力系统问题的能力。（ 3） 学习和掌握变电所电气部分设计的基本原

2、理和设计方法。2、设计内容本课程设计只作电气系统的初步设计，不作施工设计和土建设计。（ 1） 主变压器选择：根据负荷主变压器的容量、型式、电压等级等。（ 2） 电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性。（ 3） 短路电流计算：电力系统侧按无限大容量系统供电处理； 用于设备选择时， 按变电所最终规模考虑； 用于保护整定计算时， 按本期工程考 虑；举例列出某点短路电流的详细计算过程， 列表给出各点的短路电流计算结果Sk、I”、I Ish、Teq （其余点的详细计算过程在附录中列出）。（ 4 ）选择主要电气设备： 断路器、隔离开关、 母线及支撑绝缘子、 限流电抗器、 电流互感器、电压互感器、高压熔断器

3、、消弧线圈。 每类设备举例列出一种设备的 详细选择过程，列表对比给出选出的所有设备的参数及使用条件。（5 ）编写乂 X变电所电气部分设计”说明书，绘制电气主接线图（井2图纸）3、 设计要求（1 ） 通过经济技术比较，确定电气主接线；（2 ） 短路电流计算；（3 ） 主变压器选择；（4）断路器和隔离开关选择；（5）导线（母线及出线）选择；（6）限流电抗器的选择（必要时）（7）完成上述设计的最低要求；（8）选择电压互感器；（9）选择电流互感器；（10）选择高压熔断器（必要时）（11）选择支持绝缘子和穿墙套管;（12）选择消弧线圈（必要时）；（13）选择避雷器。、设计基础资料1、待建变电站的建设规模

4、 变电站类型：110 kV 降压变电站三个电压等:级：110 kV 、35 kV、10 kV110 kV :近期线路2回；远期线路 3回35 kV :近期线路2回；远期线路4_回10 kV :近期线路4回；远期线路8回2、电力系统与待建变电站的连接情况 变电站在系统中地位：地 变电站 变电站仅采用110 kV的电压与电力系统相连，为变电站的电源 电力系统至本变电站高压母线的标么电抗（Sd=100MVA ）为:最大运行方式时0.28;最小运行方式时0.35;主运行方式时0.30;上级变电站后备保护动作时间为2.5s3、待建变电站负荷110 kV出线：负荷每回容量 10000 kVA ,cos =

5、 0.9 , Tmax = 4000 h35 kV负荷每回容量 5000 kVA ,cos = 0.85 , Tmax = 4000 h ;其中，一类负荷匕回；二类负荷_2_回 10kV 负荷每回容量 1500 kW , cos = 0.95 , Tmax = 4200 h ;其中，一类负荷匕回；二类负荷_2_回(4) 负荷同时率 0.784、环境条件当地年最高气温40 C,年最低气温-20 C,最热月平均最高气温 35 C,年最低气温-5 0C o 当地海拔高度：600m雷暴日 15日/年5、其它 变电站地理位置：城郊，距城区约10km变电站供电范围：110 kV 线路：最长 100 km，

6、最短50 km ;35 kV线路：最长 60 km，最短20 km :10 kV 低压馈线：最长 15 km，最短 3km ;未尽事宜按照设计常规假设。三、主变压器与主接线设计1、主变压器的选择（1）变压器台数的选择在大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设 两台变压器为宜；对地区性孤立的一次变电站或复合较高的变电站，在设计时应该考虑装设三台变压器的可能性。 考虑到该变电站为一重要中间变电站， 与系统 联系紧密，含有交大份额的一、二类负载，故一起工程选择两台主变压器，并列 运行且容量相等。考虑到地区经济发展较快，远期增加负荷较多，负荷密度迅速 增大，故而起工程增加一

7、台主变压器。变压器是变电站主要电气设备之一，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。从电工学中知道，输电线路中流过的电流越大，损失 的功率就越大。所以采用高压输电减少线路的功率损耗，故将发电厂发出的电力经变压器升压后输送，送到供电地区后经降压变压器变换成低电压供用户使用。（2）变压器容量的选择设计的变电站中，35kV 侧负荷每回容量5000kVA,cos =0.85 ,Tmax=4000h ;10kV 侧负荷每回容量 1500KW ，cos =0.95，Tmax =4200h。近期系统负荷总量和类型统计如下：35kV侧的总负荷S35 =5000 X2kVA=10000kV

8、A10kV侧的总负荷Si0= (1500 X4) /0.95kVA=6316kVA近期的总负荷S =0.78 X(S35 +S 10) =12726kVA远期系统负荷总量和类型统计如下：35kV侧的总负荷S35 =5000 X4kVA=20000kVA10kV侧的总负荷Si0= (1500 X8) /0.95kVA=12632kVA远期的总负荷S =0.78 X(S35 +S 10) =25453kVA拟选用三台(近期两台、远期增加一台)SFSL7-10000/110型三绕组变压器,其容量比为：100/100/50;电压比为 110 2 X2.5%/38.52 X2.5%/11kV接线 方 式

9、 为 YN,y0,d11阻抗电压为：Uk12%=10.5%,U k13%=18%,U k23%=6.5% 。(2)校验变压器的负荷 近期工程的主变压器的负荷率:12726kVA20000kVA63 . 63 00。 远期工程的主变压器的负荷率:25453kVA30000kVA84.84 00(3) 事故情况下变压器过载能力的校验三台主变，停一台，应承担全部负荷的 70%80远期时，三台主变，停一台，应承担全部负荷的70%80%。此变电站一台出现故障时承担全部负荷为?=曲?？?？三绕组变压器各侧容量选择：要求：各侧容量均应15%（远期）110kV : 25453 30000 84.84%选 Sn

10、35kV :20000 30000 66.67%选 Sn10kV :12632 30000 42.11%选 0.5Sn变压器容量比100 10050接地方式：110kV :直接接地；35kV :不接地；10kV :不接地所以不考虑自耦变压器2、主接线的选择设计原则：应根据发电厂和变电所在电力系统中的地位和作用， 首先应满足电力 系统可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压登记、 进出线回数、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划与要求等条件确定。 应满足可靠性、灵活性和经济 性要求。主接线的选择必须要保证向用户供给符合质量的

11、电能， 而且能够适应各种的运行 方式（包括正常，事故和检修运行方式）并能够通过操作来实现运行方式的变化 而且在某一基本回路检修时不影响其它回路的继续运行。其次，主接线还应该简明清晰，运行维护方便，在满足上述要求的前提下，主接线的设计应简单，投资 少，运行管理费用低，一般情况下，应考虑节约电能和有色金属的消耗量。即考 虑安全、可靠、经济性原则，按照以上原则对主接线进行选择。（1） 110kV 侧接线的选择 方案一：采用单母分段接线 优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好，在一段母线发生故障或者检 修的时候另一段仍然可以继续运行。 由于接线简单， 操作人员发生误操作的可能 性就要小。缺点：不

12、够灵活可靠， 当要一路母线检修或者出现故障时， 该母线上的负荷会停 电。方案二：采用双母线方式接线优点：供电可靠， 可以不停电而轮流检修每一组母线， 一组母线故障后能够通过 隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。 当个别线路需要单独进行试验时， 可将其 接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。 ）各电源和回路的负荷可以任 意的分配到某一组母线上， 可以灵活的调度以适应系统各种运行方式和潮流变化。缺点：投资较大， 由于线路较为复杂， 在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操 作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资 比较结论：经过比较，在保证供电可靠性前提下，就必须适当的增加投资。采用

13、方案一的供电可靠性太差， 一旦发生故障， 有可能导致全网停电。 故选择双母线 接线，即保证供电可靠性， 同时投资也有一定的加大， 但是在可以承受的范围之 内。.（2） 35kV 侧接线的选择和 10kV 侧接线的选择 方案一：采用单母线接线 优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性就要小。缺点：可靠性和灵活性差。 当电源线路， 母线或者母线隔离开关发生故障或者检 修的时候全部回路停止供电，造成很大的经济损失。方案二：选择单母线分段接线 优点：母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小 母线故障影响范围。 对于双回路线路供电的重

14、要用户， 可将双回路接于不同的母 线段上，保证重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时， 必须断开在此段的所有回路减少了系统的供电 量，并使该回路的用户停电。方案三：选择单母分段加旁路母线优点：供电可靠， 可以不停电而轮流检修每一组进出线， 一组母线故障后能够通 过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。 当个别线路需要单独进行试验时， 可将 其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。缺点：投资大，由于线路较为复杂。在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作， 还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。比较结论：由于该两个电压电压等级侧没有一类负荷， 2 回路的二类负荷， 选择方案一可靠

15、 性太差，故采用方案二双母线接线。比较结论： 经过比较，一方面要保证可靠性，另一方面要考虑到投资的多少，所以 35kV 母线采用选择单母分段加旁路母线接线方式， 而 10kV 母线采用单母线分段接线方式。注：35kV侧和10kV侧的二类负荷均由两个独立电源供电，其来自不同的变电站三、短路电流以及工作电流计算1、主变压器各侧阻抗的百分值：Uki%=(10.5+18-6.5)/2=11%Uk2 %=(10.5+6.5-18)/2=0其标幺值：(Sd=100 000kVA=100MVA)*11100 X】1001.110X卩0*7100 X-1000.710各个电压等级基准电流：Uk3 %=(18+

16、6.5-10.5)/2=7%SdId11100kv 侧:3 Ud1100MVA.3 115kV0.502 KA35kv 侧：Id2Sd,3 Ud 2100 MVA3 37kV1.56KA10kV 侧：|d3Sd、3 Ud3100MVA.3 10.5kV5.5KA2、三相短路电流的计算(远期)：(1)、三台主变同时运行的情况7/0.2&/I1.SJ0.7IDkVA K1点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1IdI10.502kA1.79kAX *10.28冲击电流：jsh2.551 k2.551.79kA4.56kA短路功率：SkSd1100 MVA 357 MVAX*10.28正常工

17、作时运行方式下:短路电流：I k1|dl10.502kA1.67kAX *10.30冲击电流：jsh2.551k2.551.67kA4.27kA短路功率：Sk1Sd1100 MVA333.3MVAX*i0.30最小运行方式下:短路电流：Ik1|dI10.502kA1.43kAX* 10.35冲击电流：ish 2.55Ik2.551.43kA3.66kA短路功率：Sk1Sd1100MVA285.7MVAX *10.35B K2点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1 IdI11.56kA2.41kAX *10.281.1/3冲击电流：ish2.55I k2.552.41kA6.14kA短

18、路功率：Sk1 Sd1100MVA154.64MVAX * 10.281.1/3正常工作时运行方式下:短路电流：I k1IdI11.56kA2.34kAX *10.301.1/3冲击电流：jsh2.55I k2.552.34kA5.97kA短路功率：SkSd1100 MVA150.0MVAX*10.301.1/3最小运行方式下:短路电流：I k1X *1|dl0.3511.1/31.56kA2.17kA冲击电流：jsh2.551k2.552.17kA5.55kA短路功率：Sk1Sd1100 MVA139.5MVAX*i0.351.1/3C K3点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1|

19、dI15.499kA6.25kAX* 10.28(1.10.7)/3冲击电流：jsh2.55Ik2.556.25kA15.9kA短路功率：Sk1Sd1100MVA113.64MVAX*10.28(1.10.7)/3正常工作时运行方式下:短路电流：I k1 IdI15.499kA6.11kAX* 10.30(1.10.7)/3冲击电流：jsh2.55I k2.556.11kA15.58kA短路功率：SkSd1100 MVA111.1 MVAX *10.30(1.10.7)/3最小运行方式下:短路电流：I k1IdI15.499kA5.79kAX* 10.35(1.10.7)/3冲击电流：jsh2

20、.551k2.555.79kA14.76kA短路功率：Sk1Sd1100 MVA105.3 MVAX *10.35(1.10.7)/3三台变压器同时运行时最大运行方式下的短路电流如下表一所示:表三台变压器同时工作时短路电流短路点运行方式短路容量(MVA短路电流计算值(kA)I kI ooI shK1最大方式357.01.791.794.56主运行方式333.31.671.674.27最小方式285.71.431.433.66K2最大方式154.62.412.416.14主运行方式150.02.342.345.97最小方式139.52.172.175.55K3最大方式113.66.256.251

21、5.90主运行方式111.16.116.1115.58最小方式105.35.795.7914.76(2)、一台主变停运情况A K1点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1 IdI10.502kA1.79kAX *10.28冲击电流：jsh2.551 k2.551.79kA4.56kA短路功率：Sk1Sd1100 MVA 357 MVAX*i0.28正常工作时运行方式下:短路电流：I k1 IdI10.502kA1.67kAX *10.30冲击电流：jsh2.55I k2.551.67kA4.27kA短路功率：SkSd1100 MVA 333.3MVAX*10.30最小运行方式下:短路电

22、流：I kIdIX* 110.350.502kA1.43kA冲击电流：jsh2.55I k2.551.43kA3.66kA短路功率：SkSd1100MVA285.7MVAX *10.35B K2点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1IdI11.56kA1.88kAX *10.281.1/2冲击电流：jsh2.55I k2.552.41kA4.79kA短路功率：Sk-Sd1100 MVA120.5MVAX*10.281.1/3正常工作时运行方式下:短路电流：I k1X *1|dl11.56kA1.84kA0.301.1/2冲击电流：jsh2.551k2.552.34kA4.69kA短路

23、功率：Sk1Sd1100MVA117.6MVAX*i0.301.1/2最小运行方式下:短路电流：Ik1X *1|dI11.56kA1.73kA0.351.1/2冲击电流：ish 2.55Ik2.552.17kA4.41kA短路功率：Sk1Sd1100 MVA111.1MVAX*10.351.1/2C K3点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1 IdI15.499kA4.66kAX *10.28(1.10.7)/2冲击电流：ish2.55I k2.556.25kA11.88kA短路功率：Sk1 Sd1100 MVA84.7 MVAX * 10.28(1.10.7)/2正常工作时运行方式

24、下:短路电流：I k1IdI1c AOQLA4.58kAX *10.30(1.15.499kA0.7)/2冲击电流：ish2.55Ik2.556.11kA11.68kA短路功率：Sk1Sd183.3MVAX * 10.30(1.1100 MVA0.7)/2最小运行方式下:短路电流：I k1|dl15 499kA4.40kAX *10.35(1.1U.YT0.7)/2冲击电流：jsh2.551k2.555.79kA11.22kA短路功率：Sk1Sd1100 MVA80 MVAX * i0.35(1.10.7)/2停运一台变压器时最大运行方式下的短路电流如下表二所示:表二：停运一台变压器是短路电流

25、短路点运行方式短路容量（MVA短路电流计算值（kA）I kI ooI sh最大方式357.01.791.794.56K1主运行方式333.31.671.674.26最小方式285.71.431.433.65最大方式120.51.881.884.79K2主运行方式150.01.841.844.69最小方式139.51.731.734.41最大方式84.74.664.6611.88K3主运行方式83.34.584.5811.68最小方式80.04.44.411.22由以上数据可以得出最大运行方式下的短路电流，如下表三所示:表三:最大运行方式下的短路电流短路点编号运行方式短路容量（MVA短路电流计算

26、值（kA）I kI coI sh110kV母 线K1停运一台357.01.791.794.56三台同时运行357.01.791.794.5635kV母 线K2停运一台120.51.881.884.79 三台同时运行154.62.412.416.14 J10kV母 线K3停运一台84.74.664.6611.88三台同时运行113.66.256.2515.903、热稳定计算的等效时间热稳定计算的等效时间等于三部分等效时间之和，即继电保护动作时间+继电器固有分闸时间+断路器灭弧时间。系统中各处的热稳定计算的等效时间计算如下：10kV 出线：0.5S + 0.2S + 0.05S = 0.75S10

27、kV 母联：1S + 0.2S + 0.05S = 1.25S主变 10kV 侧：1.5S + 0.2S + 0.05S = 1.75S35kV 出线：1.0S + 0.15S + 0.05S = 1.20S35kV 母联：1.5S + 0.15S + 0.05S = 1.70S主变 35kV 侧：2.5S + 0.15S + 0.05S = 2.70S110kV 出线：2S+ 0.1S + 0.05S = 2.15S主变 110kV 侧：2S + 0.1S + 0.05S = 2.15S110kV 进线：3S+ 0.1S + 0.05S = 3.15S结果统计见表二。表二：热稳定等效时间（S

28、）如表四所示表四:类别继电保护动作时间断路器分断时间灭弧时间等效时间10kV出线0.50.20.050.7510kV母联10.20.051.25主变10kV侧1.50.20.051.7535kV出线1.00.150.051.2035kV母联1.50.150.051.70主变35kV侧2.50.150.052.70110kV出线20.10.052.15主变110kV侧20.10.052.15110kV进线30.10.053.154、回路的工作电流计算:主变压器110KV 侧:I110000kVA55.1A1.05 ish=4.564kA隔离开关：i max =50kA i sh =4564kA3

29、. 校核热稳定性。断路器：I 2 XT=15.8 2 X4KA 2*S I 2 XTeq =1.793 2 X2.15KA 2*S隔离开关：I 2XT=14 2 X5KA 2*S l2 XTeq =1.793 2 X2.15KA 2*S4. 校核开断能力。I Br=15.8KA1.793KA有关参数如表五、六所示:表五：断路器：SW3-110G/1200项目设备参数使用条件额定电压110KV110KV额定电流1200A55.1A开断电流15.8KA1.793KA热稳定15.8 2 X4KA 2*S1.793 2 X2.15KA 2*S动稳定41KA4.564KA操动机构cd5 xg表六：隔离开

30、关：GW 4-110/600项目设备参数使用条件额定电压110KV110KV额定电流600A55.1A热稳定142 X5KA2*S1.793 2 X2.15KA 2*S动稳定50KA4.564 KA操动机构CS-14其他参数如下所示:(2) 110kV进线断路器和隔离开关：设备选择如表七，表八表七 断路器：SW3-110G/1200项目设备参数使用条件额定电压110KV110 KV额定电流1200A328.7/3 =109.3A开断电流15.8KA1.793 KA热稳定15.82X4KA2*S1.793 2 X3.15KA 2*S动稳定41KA4.564 KA表八 隔离开关：GW 4-110/

31、600项目设备参数使用条件额定电压110KV110KV额定电流600A328.7/3 =109.3A热稳定142 X5KA2*S1.793 2 X3.15KA 2*S动稳定50KA4.564 KA操动机构CS-14(3) 110kV出线断路器和隔离开关：设备选择如表九，表十表九 断路器：SW3-110G/1200项目设备参数使用条件额定电压110KV110KV额定电流1200A52.4A开断电流15.8KA1.793热稳定15.82X4KA2*S1.793 2 X2.15KA 2*S动稳定41KA4.564 KA操动机构cd5 xg表十 隔离开关：GW 4-110/600项目设备参数使用条件额

32、定电压110KV110KV额定电流600A52.4A热稳定142 X5KA2*S1.793 2 X2.15KA 2*S动稳定50KA4.564 KA操动机构CS-14(4) 110kV母线断路器和隔离开关：设备选择如表一，表十二表 一 断路器：SW3-110G/1200项目设备参数使用条件额定电压110KV110KV额定电流1200A197.2A开断电流15.8KA1.793KA热稳定15.82X4KA2*S1.793 2 X2.15KA 2*S动稳定41KA4.564 KA操动机构CD5 XG表十二 隔离开关：GW 4-110/600项目设备参数使用条件额定电压110KV110KV额定电流6

33、00A197.2A热稳定14 2 X5KA2*S1.793 2 X2.15KA 2*S动稳定50KA4.564 KA操动机构CS-14(5 )主变压器35kV侧断路器和隔离开关：设备选择如表十三，表十四表十三断路器：SW 3-35/600项目设备参数使用条件额定电压35KV35KV额定电流600A157.5A开断电流16.5KA1.21KA热稳定6.62X4KA2*S1.21 2X2.70KA 2*S动稳定41KA2.395KA操动机构cd3 X表十四 隔离开关：GW 2 -35/600项目设备参数使用条件额定电压35KV35KV额定电流600A157.5A热稳定142X5KA2*S1.21

34、2X2.70KA 2*S动稳定50KA2.395KA操动机构CS8 3(6) 35KV出线断路器和隔离开关：设备选择如表十五，表十六表十五断路器：SW 3-35/600项目设备参数使用条件额定电压35KV35KV额定电流600A82.5A开断电流16.5KA2.41KA热稳定6.6 2 X4KA 2*S2.41 2X1.20KA 2*S动稳定41KA6.14KA操动机构cd3 X表十六 隔离开关：GW 2 -35/600项目设备参数使用条件额定电压35KV35KV额定电流600A82.5A2.41 2X热稳定142X5KA2*S1.20KA 2*S动稳定50KA6.14KA操动机构CS8 3(7) 35KV双母线连接母联断路器及隔离开关：设备选择如表十七,表十八表十七断路器：SW 3-35/600项目设备参数使用条件额定电压35KV35KV额定电流600A197.9A开断电流16.5KA2.41KA