发电厂课程设计110kv变电站.doc

目录第一章 课程设计任务书说明1、 课程名称2、 目的与意义3、 课程设计任务4、 原始资料第二章 负荷的分析计算及主变压器的选择1、负荷的分析计算的目的2、负荷的分析计算3、主变压器的确定第三章 变电站主接线的选择1、对电气主接线的基本要求2、110kv侧的接线选择3、10kV侧主接线选择4、 主接线方案选择选择5、 综合比较第四章 短路电流计算1、短路电流计算的目的2、各回路电抗计算3、短路电流计算:第五章 电气设备的选择与校验1、导体和电气设备选择的一般条件2、主要电气设备的选择（1）断路器与隔离开关的选择与校验：（2） 隔离开关的选择与校验：（3）电流、电压互感器的选择与校验（4）裸导体的选择与校验;（5）熔断器的选择和校验第六章 实习心得第一章 课程设计任务书说明一、 课程名称：110kv变电站电气主接线设计二、目的与意义变电站电气主接线设计直接关系到变电站投资的大小、运行的灵活性、经济性及供电的可靠性，变电站电气主接线设计是变电站设计最主要的设计工作之一。同时，变电站电气主接线设计综合看电气工程专业众多的专业课及专业基础课。因此，变电站电气主接线设计可以锻炼学生综合运用所学的知识提出问题、解决问题的能力。变电站电气主接线设计的目的在于使学生通过此次课程设计，在如下几个方面得到充分训练：1、 结合课程设计任务，加深对所学知识内在联系的理解，并灵活地加以综合运用。2、 根据所学知识及课程设计任务，学会提出问题、解决问题，最终将知识转化为能力。3、 通过课程设计实践，熟悉工程设计的全过程，掌握工程设计的思想、方法、手段，树立必要的工程概念，培养一丝不苟的求实态度。4、 掌握资料收集、工程计算、工程技术图纸的绘制标准及绘制方法、设计报告的撰写等。三、 课程设计任务：1、变电站主接线方案的提出：2-3种。2、主方案的经济比较：包括投资、年运行费用。3、主变压器的选择：型式、台数、容量。4、短路电流计算：三相短路的、等。5、导体的选择与校验。6、电气设备的选择与校验。7、绘制主接线图。四、原始资料为了满足电力系统负荷日益增长的需要，拟在某市郊区新建一座110KV变电站，用10KV向该郊区负荷供电。1、 待建变电站概况待建变电站110KV出线4回，其中两回110KV线路与系统相连（一回与无穷大系统相连，另一回与现有的110KV变电站相连），另两回110KV线路与一水电厂相连（水电厂装机4台，单机容量为75MW）。待建变电站通过11回10KV线路向郊区负荷供电。考虑到该变电站在系统中的低位、位置，110KV出线预留1回，10KV出线预留3回。待建变电站与系统间的地理接线图见附件一。（待建变电站与系统间的地理接线图）2、负荷情况10KV线路负荷表负荷名称最大负荷（MW）年最大负荷利用小时数（小时）cos线路长度（Km）电机厂3.224000.96矿山机械厂2.625000.98汽车制造厂2.345000.95农机厂1.628000.95自来水厂2.555000.96有机化工厂1.833000.94饲料厂1.535000.95部队2.220000.912城东线2.630000.95城东线2.828000.95中学2.420000.93站用负荷0.425000.85第二章 负荷的分析计算及主变压器选择一、 负荷的分析计算的目的计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷意义重大。二、 负荷的分析计算1、10KV侧的负荷计算 =25.9 MW =1.55+1.26+1.11+0.77+1.21+0.87+0.73+1.07+1.26+1.36+1.16+0.25 =12.6 M var2、每台变压器的容量为：三、 主变压器的确定1、绕组数量的确定在该设计中，只有高低两个电压等级（110KV/10KV），因此，主变压器选为两绕组变压器。2、主变压器台数的确定确定原则：（1）对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。（3）对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的 12 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。比 较单台变压器两台变压器技术指标供电安全比满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量电压损耗略大电压损耗略小灵活方便性灵活性差灵活性好扩建适用性稍差好经济指标电力变压器的综合投资跟两台变压器相比所需要的花费要少花费投资比较多选择：由负荷计算可知，本变电站负荷为，应装设两台主变压器。3、 变压器容量和型号确定确定原则：（1）主变压器容量一般按变电所建成后 510 年规划负荷选择，并适当考虑到远期 1020 年的负荷发展，对于城市郊区变电所，主变压器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压器的容量，对于有重要负荷的变电所应考虑，当一台变压器停止运行时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内应保证用户的一级和二级负荷，对一般性变电所，当一台主变停止运行时，其余变压器应能保证全部负荷的 60%70%。（3）同一个等级的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系统化、标准化、简单化、方便灵活化。根据前面计算的单台主变压器的容量，通过查表可选择两台40000/110的变压器。变压器型号表U%I%120000/110106.634010.50.575000/1107530010.50.640000/1104617410.50.863000/1106029810.50.8第三章 变电站主接线的选择一、对电气主接线的基本要求（1）供电可靠性：如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。（2）灵活性：其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。（3）操作方便、安全：主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。（4）经济性：即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。根据以上的基本要求对主接线进行选择。 二、110kv侧的接线选择在110kv降压变电所中，当地区的出线回路数少于6回时，可以采用单母线或单母线分段；出线回路数少于3回的终端变电所或用户专用变电所，一般采用桥接线或线路变压器组接线,对于有重要用户的变电站，为了提高系统稳定性，可以考虑选择双母线分段。根据原始材料，我们可以提出如下方案：方案（一）: 采用单母线接线 考虑到110kV侧只有四条出线，因而可以选用单母线接线。 优点：简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。 缺点： （1）当母线或母线隔离开关检修或发生故障时，各回路必须在检修和短路时 事 故来消除之前的全部时间内停止工作，造成经济损失很大。 （2）引出线电路中断路器检修时，该回路停止供电。方案（二）：单母线分段优点：（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。（2）当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点： （1）当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电。（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。（3）扩建时需向两个方向均衡扩建。方案（三）：双母线接线：优点： （1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。（2）调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。（3）扩建方便可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。（4）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。缺点： （1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关。（2） 当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。三、10kV侧主接线选择 在降压变电所中，6-10kv侧一般都是连接用户侧，配电装置通常采用单母线分段连接，当用户比较重要或出现比较多时，也可以采用双母线连接。由原始资料可知道，待建的变电站10kv的出线较多，有11回，且好要预留3回。查找资料可以得出，10kv侧同样可采用单母线、单母线分段、或者双母线接线方式。方案（一）：单母线 优缺点如上所诉。方案（二）：单母线分段 优缺点如上所诉。方案（三）：双母线接线 优缺点如上所诉。四、 主接线方案选择选择1、 方案一、110kv用单母线分段，10kv用双母线。 方案二、110kv用双母线，10kv用单母线分段。 2、供电可靠性和灵活行比较：方案一：高压侧单母线分段，低压侧双母线供电 10KV侧出线较多，为保证供电可靠性，可选双母线供电优点： （1）供电可靠性高，10KV任意一段母线，断路器故障或检修时，都不必停止对负荷供电，保证了供电可靠性。 （2）110KV侧接线简单，运行经济，便于维修和扩建缺点是： （1）10KV侧接线复杂，投资大，运行费用高。 （2）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，十五回便增加了十五组，投资大。 （3） 当母线故障或检修时，倒闸操作比较复杂。方案二：高压侧采用单母线分段接线，低压侧采用单母线三分段接线 优点： （1）低压侧变压器分别与两条母线相连，各分段母线之间采用分段断路器隔开，提高了供电可靠性和灵活性 （2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电 （3）接线简单，操作方便，设备少，经济好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便缺点：（1）当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电。3、投资和运行经济性比较; 按市场价选择变压器，断路器及隔离开关的价格，为了方便初步的经济比较，我们按电器元件的电压等级分，相同电压等级的元件价格相同。 该项目取变压器100万，110KV断路器10万，110KV隔离开关1万，10KV断路器5万，10KV隔离开关0.5万主体设备综合投资 =I(变压器)+I（断路器）+I（隔离开关）综合总投资 I=（1+/100）（元） 为不明显的附加费用比例系数取90运行期年运行费用C=A+I+I为检修维护费率 取0.03为折旧费率 取0.05方案110KV断路器（台）10KV断路器（台）110KV隔离开关（台）10KV隔离开关（台）变压器（台）总投资（万）综合总投资I（万）方案一81616512401.5762.85方案二81721382405769.5 由于三种方案的变压器型号容量都是相同的，故在算年运行费用做比较时可以忽略变压器年损耗电能，则C=I+I方案一：=I+I=61.028 万方案二：=I+I=61.56 万用抵偿年限法比较两方案： -12.5可见方案二投资回收期最短五：综合比较方案供电可靠性调度灵活性扩建方便性操作简便性接线复杂性投资运行费用方案一高灵活方便不方便复杂较高较高方案二高灵活方便不方便复杂较高较高方案三较高灵活方便简便简单较低较低综上这三种方案均能满足主接线要求,但考虑到变电站所110kV侧只有4条进线，因而可以选用单母线分段接线,10KV侧出现较多没有重要负荷，用双母线供电则增加了17个隔离开关，投资过大；且负荷功率需求不大，选单母线分段，足以满足要求，又考虑每条母线上的进出线不能超过五条，因此10KV配电侧采用单母线三分段，可见方案三最为合适第四章 ：短路电流的计算一、短路电流计算的目的在发电厂和变电站的设计中，短路计算是其中一个重要环节，其计算的目的主要有以下几个方面：（1）电气主接线的比较。（2）选择导体和电气设备。（3）在设计屋外高型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路是的短路电流为依据。（5）接地装置的设计，也需要用到短路电流。二、各回路电抗计算（取基准功率 = 100MVA =Up）1、由待建变电站地理接线图可得其等效电路图如下：2、电路图参数计算：3、将电路图等效化简后如下：其中：4、110Kv母线处短路其中：是无穷大系统与110kv母线的转移阻抗，是水电厂与110kv母线之间的转移阻抗。5、10kv母线处短路 其中：是无穷大系统与10kv母线的转移阻抗，是水电厂与10kv母线之间的转移阻抗。由单位电流法计算可以得出：三、短路电流计算:1、 转移阻抗转化成计算阻抗：110kv母线短路计算电抗：10kv母线短路计算电抗：2、 短路电流计算：根据所得计算电抗，查运算曲线表可得短路电流如下：110kv各时间短路电流标幺值汇总表类型时间0s0.2s0.4s2s4s汽轮机=2.3260.440.41950.430.4430.443水轮机=0.5292.0951.8871.9332.2412.43810kv各时间短路电流标幺值汇总表类型时间0s0.2s0.4s2s4s汽轮机=5.8980.2920.2860.2920.2920.292水轮机=1.42460.7510.7660.8080.8130.8133、折回有名值：110kv： 110kv各时间短路电流有名值汇总表类型时间0s0.2s0.4s2s4s汽轮机=2.3262.9822.8432.913.0023.002水轮机=0.5293.9443.5533.6394.2194.5910kv: 10kv各时间短路电流有名值汇总表类型时间0s0.2s0.4s2s4s汽轮机=5.89821.67521.2321.67521.67521.675水轮机=1.424615.48515.79516.6616.76416.764短路电流汇总表类型时间0s0.2s0.4s2s4s110kv6.9266.3966.5497.2217.59210kv37.1637.12538.33538.43938.4394、短路电流产生的发热量冲击电流:110kv: 10kv: 发热量:110kv:10kv：5、短路容量110kv: 10kv: 110kv17.66KA10kv94.76KA第五章 、电气设备的选择与校验一、导体和电气设备选择的一般条件 选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。各种高压电器的一般技术条件如表4-1所示。序号电器名称额定电压额定电流额定关合电流额定开断电流热稳定动稳定1高压断路器2隔离开关3电压互感器4电流互感器5绝缘子（1）长期工作条件a、电压选用电器允许最高工作电压Um不得低于该回路的最高运行电压Ug，即。b、电流选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。（2） 短路稳定条件a、 校验的一般原则b、 电器在选定后按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流。c、 用熔断器保护的电器可不校验热稳定。d、 短路的热稳定条件：式中：-在计算时间s内，短路电流的热效应（KAs）It-t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA）t-设备允许通过的热稳定电流时间（s）校验短路热稳定所用的计算时间按下式计算：式中：-继电保护装置后备保护动作时间（s）-断路器全分闸时间（s）（3）短路动稳定条件： 式中：-短路冲击电流峰值（KA）-短路全电流有效值（KA）-电器允许的极限通过电流峰值（KA）-电器允许的极限通过电流有效值（KA）2、环境条件环境条件主要有温度、日照、风速、冰雪、湿度、污秽、海拔、地震。由于设计时间仓促，所以在设计中主要考虑温度条件。按照规程上的规定，普通高压电器在环境温度为+40°时，允许按照额定电流长期工作。当电气安装点的环境温度高于+40°时，每增加1°建议额定电流减少1.8%；当低于+40°时，每降低1°，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。二、主要电气设备的选择1、断路器与隔离开关的选择与校验：(1)、断路器的选择与校验：110KV： 断路器的容量按照水电厂以额定功率发送给变电站高压侧母线 =980A 根据 所以 断路器选择SW4-110/1000 断路器SW4-110/1000参数表断路器型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流峰值(kA)热稳定电流(kA) (10s)SW4-110/100011010005514.8注：110KV母线分段断路器的选择标准同上。主变压器高压侧由于是在高压侧，因此与高压母线开关的选择一样 校验： 型号：SW4-110/1000 热稳定校验： 动稳定校验： 经校验，符合要求。10KV: 按单条出线的最大负荷功率来考虑 Imax=205A 根据 所以 断路器选择 ZN5-10/630断路器ZN5-10/630参数表断路器型号额定电压(KV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流(kA) (10s)ZN5-10/63010630502110KV分段断路器： 考虑到未来几年负荷功率的发展，选择按照主变压器的容量来选择 得 Imax=2309A 根据 断路器选择 SN3-10/3000断路器SN3-10/3000参数表断路器型号额定电压(KV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流(kA) (10s)SN3-10/300010300013021校验： 型号：ZN5-10/630 不符合条件 故重新选择： SN10-10/2000 热稳定校验：动稳定校验：（3） 隔离开关的选择与校验： 110kv: 按照水电厂以额定功率发送给变电站高压侧母线 =980A 根据 所以 选择型号：GW4-110D/1000-80 隔离开关GW4-110D/1000-80参数表隔离开关型号额定电压(KV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流(kA) (5s)GW4-110D/1000-8011010008021.5校验： 型号 GW4-110/1000-84 热稳定校验： 动稳定校验：10KV: 按单条出线的最大负荷功率来考虑 Imax=205A 根据 所以 隔离开关选择 GN10-10T/3000-160隔离开关选择 GN10-10T/3000-160 隔离开关GN10-10T/3000-160参数表隔离开关型号额定电压(KV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流(kA) (5s)GN10-10T/3000-16010300016075校验： 型号 GN10-10T/3000-160 热稳定校验： 动稳定校验：3、电流、电压互感器的选择与校验（1）、电压互感器TV： 按容量和额定电流选择 根据 原边为系统额定电压电压等级型式变比型号10kv油浸式100：1JSJW-10110kv油浸式100：JCC2-110电压互感器JSJW-10参数表型号变比二次绕组额定容量最大容量0.20.513JSJW-10100：1120200480960电压互感器JCC2-110参数表型号变比二次绕组额定容量 最大容量0.20.513JCC2-1101100:150010002000校验： 因为电压互感器装设熔断器保护，因此不需要校验。（2） 、电流互感器TA：按容量和额定电流选择 根据： IN>ISN UN>USN 原边电流要大于额定电流的(1/31/2) ； 副边电流为5A 10kv侧的最大负荷电流I=195.5A 110kv进线的最大电流I=941A电压等级型式额定电流比型号10kv侧户内400/5LA-10变压器高压侧户外300/5LCWD-110110kv进线户外12000/5LCWD-110电流互感器LA-10参数表型号额定电流比准确度等级1s热稳定倍数动稳定LA-10400/50.575135电流互感器LCWD-110参数表型号额定电流比准确度等级1s热稳定倍数动稳定LCWD-110300/50.575150LCWD-11012000/50.575150校验：110kv侧：热稳定校验: 动稳定校验：10kv侧:热稳定校验: 动稳定校验：不符合条件，重新选择额定变比 600/5动稳定校验：4、裸导体的选择与校验;（1）、10kv母线按导体长期发热允许电流选择：Imax=<K母线 =1883A 考虑到温度系数 K取0.81 选择导体尺寸h×b(mm×mm)=125×10 单条竖放 Ial=2177A Kf=1.12校验： 热稳定: 动稳定： 应力（2）、110kv母线: 按导体长期发热允许电流选择：Imax=<K 母线 =1883A 考虑到温度系数 K取0.81 所以选择导体尺寸h×b(mm×mm)=125×10 单条竖放 Ial=2177A Kf=1.12校验： 热稳定： 动稳定： 应力（3）、变压器低压测与10kv母线之间的裸导体 Imax=1.28KA I=1580KA 选择导体尺寸h×b(mm×mm)=100×8 单条竖放 Ial=1609A Kf=1.05校验： 热稳定： 动稳定： 应力（4）、变压器高压测与110kv母线之间的裸导体 Imax=120A I=148A 选择导体尺寸h×b(mm×mm)=50×4 单条平放 Ial=586A3、 校验： 热稳定： 不满足热稳定要求， 重新选择尺寸为： 则 动稳定： 应力 不满足动稳定要求， 重选尺寸： 摆放方式为水平竖放。 （5）、10kv低压侧出线： 按最大负荷支路选择Pmax Imax=195.5A S=217.2 选LGJ-300校验： 由于负荷最大电流=195.5A，每条出线加电抗器型号为NKL-10-300-3来限制短路电流。（6）、熔断器的选择和校验 根据： 选择RN2 额定电压 10KV 额定电流300A 断开容量 500MV.A 做大断开电流有效值 85KA校验： 符合要求（7）、主接线电气设备汇总表电气设备名称型号变压器40000/110110Kv断路器SW4-110/1000110Kv母联断路器SW4-110/1000110Kv隔离开关GW4-110D/1000-80变压器高压侧断路器SW4-110/1000变压器高压侧隔离开关GW4-110D/1000-80变压器低压侧隔离开关GN10-10T/3000-16010Kv断路器SN10-10/200010Kv隔离开关GN10-10T/3000-16010Kv分段断路器SN3-10/3000110Kv电压互感器JCC2-11010Kv电压互感器JSJW-10110Kv电流互感器LCWD-11010Kv电流互感器LA-10熔断器RN2-10/300110Kv母线h×b(mm×mm)=125×10 单条竖放10Kv母线h×b(mm×mm)=125×10 单条竖放变压器低压侧裸导体h×b(mm×mm)=100×8 单条竖放变压器高压侧裸导体h×b(mm×mm)=50×4 单条平放10Kv出线LGJ-300第七章 实习心得