发电厂电气部分课程设计-110kv变电站电气主接线设计.doc

发电厂电气部分课程设计目录一 课程设计任务书说明21.1、课程名称：110kv变电站电气主接线设计21.2、目的与意义21.3、课程设计任务：31.4、原始资料3二 负荷的分析计算及主变压器选择52.1：负荷的分析计算的目的52.2：负荷的分析计算52.3：主变压器的确定6三 变电站主接线的选择83.1、对电气主接线的基本要求83.2;主接线方案选择选择93.2.1：投资和运行可靠性灵活性比较93.2.2：投资和运行经济性比较;123.2.3：综合比较13四：短路电流的计算134.1、短路电流计算的目的134.2、各回路电抗计算144.3、短路电流计算:174.3.1转移阻抗转化成计算阻抗：174.3.2短路电流计算：174.3.3、折回有名值：184.4、短路电流产生的发热量204.4.1冲击电流:204.4.2发热量:204.4.3、短路容量20五、电气设备的选择与校验215.1、导体和电气设备选择的一般条件215.2、主要电气设备的选择235.2.1、断路器与隔离开关的选择与校验：235.2.2隔离开关的选择与校验：255.2.3电流/电压互感器的选择与校验275.2.4、熔断器的选择和校验295.2.5、裸导体的选择与校验;30六：实习心得33一 课程设计任务书说明1.1、课程名称：110kv变电站电气主接线设计1.2、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。1.3、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。1.4、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。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附件一、（待建变电站与系统间的地理接线图）二 负荷的分析计算及主变压器选择2.1：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。2.2：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：2.3：主变压器的确定2.3.1、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。2.3.2、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。2.3.3、 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%120000/110106.634010.50.575000/1107530010.50.640000/1104617410.50.863000/1106029810.50.8三 变电站主接线的选择3.1、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。 3.2：主接线方案选择选择3.2.1：投资和运行可靠性灵活性比较方案一：110kv用双母线分段，10kv用单母线。 优点：（1）供电可靠，高压侧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）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。（3）低压侧采用单母线三分段对负荷供电，简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便，且供电可靠性较高。缺点：（）高压侧增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投资大。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。（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可见方案一供电可靠性要高3.2.2：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）方案一81721382405769.5方案二81714362379754.3 由于两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I1=769.5万C1 =I+I=61.56 万方案二C2=60.344万I2=754.3万用抵偿年限法比较两方案：Ta=Ta21=-12.5可见方案二投资回收期要最短3.2.3：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方便较复杂较高较高方案三较低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侧进线较少可靠性要求高，因而可以选用双母线接线；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，可见方案一最为合适四：短路电流的计算4.1、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。4.2、各回路电抗计算（取基准功率 = 100MVA =Up）4.2.1、由待建变电站地理接线图得其等效电路图：4.2.2、电路图参数计算：4.2.3、将电路图等效化简：其中：4.2.4：110Kv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。4.2.5：10kv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：4.3、短路电流计算:4.3.1：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：4.3.2：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转移阻抗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转移阻抗0s0.2s0.4s2s4s汽轮机=5.8980.2920.2860.2920.2920.292水轮机=1.42460.7510.7660.8080.8130.8134.3.3、折回有名值：110kv母线短路： 110kv母线短路各时间短路电流有名值汇总表类型时间计算阻抗0s0.2s0.4s2s4s汽轮机=2.3262.9822.8432.913.0023.002水轮机=0.5293.9443.5533.6394.2194.5910kv母线短路: 10kv母线短路各时间短路电流有名值汇总表类型时间计算阻抗0s0.2s0.4s2s4s汽轮机=5.89821.67521.2321.67521.67521.675水轮机=1.424615.48515.79516.6616.76416.764母线短路电流汇总表类型时间0s0.2s0.4s2s4s110kv6.9266.3966.5497.2217.59210kv37.1637.12538.33538.43938.4394.4、短路电流产生的发热量4.4.1冲击电流:110kv: 10kv: 4.4.2发热量:110kv:10kv：4.4.3、短路容量110kv: 10kv: 电压等级110kv17.66KA10kv94.76KA五、电气设备的选择与校验5.1、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5.1.1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。5.1.2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）5.1.3、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%。5.2、主要电气设备的选择5.2.1、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)SW4-110/100011010005514.8110KV母线分段断路器 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： 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)ZN5-10/630106305021 ZN5-10/630 不符合条件重新选择： SN10-10/2000 热稳定校验：动稳定校验：经校验，符合要求。10KV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热稳定校验：动稳定校验：经校验，符合要求。5.2.2隔离开关的选择与校验：(1)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 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：110kv: 型号 GW4-110/1000-80热稳定校验：动稳定校验：经校验，符合要求。(2)10KV: 按单条出线的最大负荷功率来考虑Imax=205A根据 INISN UNUSN所以 隔离开关选择 GN6-10/600-52隔离开关GN6-10/600-52参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) (4s)GN6-10/600-5210600522010kv: 型号 GN10-10T/3000-160经校验不符合要求从新选择型号 GN10-10T/3000-160热稳定校验：动稳定校验：经校验，符合要求。（3）10kv低压侧母线断路隔离开关选择 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校验如上，符合要求。5.2.3电流/电压互感器的选择与校验TV按容量和额定电流选择根据 INISN UNUSN原边UN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因为电压互感器装设熔断器保护，因此不需要校验。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0.20.513JCC2-1101100:150010002000TA按容量和额定电流选择根据： 原边电流要大于额定电流的(1/31/2) ；副边电流为5A10kv侧的最大负荷电流I=195.5A110kv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校验: 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：经校验，符合要求电流互感器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：热稳定校验: 动稳定校验：经校验，符合要求5.2.4、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经校验符合要求5.2.5、裸导体的选择与校验;（1）:10kv母线选择按道题长期发热允许电流选择：Imax=KIal母线 IN=1883A考虑到温度系数 K取0.81选择导体尺寸hb(mmmm)=12510 单条竖放 Ial=2177A Kf=1.1210kv母线校验热稳定:动稳定：应力经校验，符合要求(2)：110kv母线选择按道题长期发热允许电流选择：Imax=KIal母线 IN=1883A考虑到温度系数 K取0.81选择导体尺寸hb(mmmm)=12510 单条竖放 Ial=2177A Kf=1.12110kv母线校验热稳定：动稳定：应力经校验，符合要求（3）：变压器低压测与10kv母线之间的裸导体Imax=1.28KAI=1580KA选择导体尺寸hb(mmmm)=1008 单条竖放 Ial=1609A Kf=1.05热稳定：动稳定：应力经校验，符合要求（4）变压器高压测与110kv母线之间的裸导体Imax=120AI=148A选择导体尺寸hb(mmmm)=504 单条平放 Ial=586A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。经校验，符合要求：（5）：10kv低压侧出现 按最大负荷支路选择PmaxImax=195.5AS=217.2选LGJ-30010kv负荷侧出线，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。电气设备选择型号清单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hb(mmmm)=12510 单条竖放10Kv母线hb(mmmm)=12510 单条竖放变压器低压侧裸导体hb(mmmm)=1008 单条竖放变压器高压侧裸导体hb(mmmm)=504 单条平放10Kv出线LGJ-300六：实习心得经过这两个星期的发电厂课程设计，我觉的自己还是有很多的收获的。刚开始是真的是一头雾水不知道从何开始下手 也没有一个答题的概念，只知道干着急，看着别人都进行的如火如荼时，我才开始打算从最基础的开始，不懂得就问那些会的同学，经过一两天的翻阅资料以及课程设计所提供的材料，我合计为小组出员才拟定了几个我们认为比较好的接线方案，并分配任务每个人算一个经济分析，最总比较。 可拿到主接线方案回到寝室开始正式分析时我还是一头雾水，不知道从哪开始，也不知道怎么比较分析，最终经过同学的开导才晓得。其实自认为对这门课程学的还比较认真，可是真正要我自己分析选方案的时候那些概念视乎变的很模糊很遥远，脑子里的那些公式那些本该清晰地思路乱成了一锅粥，我在寝室整整呆了一天坐在电脑前画方案，比较方案，当我欣喜总算把这个问题搞定后我发现自己高兴地太早了，因为后面的设备选择和校验才是真正的难点，不得已我认真的把第六章看了一遍心里也大致有了些概念，再经过老师的疏导后，有了些明白；先简化电网，计算转移电抗，再计算运算电抗，后再查运算曲线，计算出不同时刻的短路电流，后在根据计算出的这些数据进行设备校验。热稳定，动稳定，以前不懂得一些书本上的概念，现在我终于知道了他的用处；紧裹着一次次的选择计算校验更正中我以前是懂非懂的概念的变得越来越整体化，清晰化了当最后做完后，虽然大家都已近头晕脑胀了但还是有一定的成就感，在这次课程设计中我们通过查资料，请教老师和同学，以及不定的努力，在我们收获了知识点同时，收获了独立思考的能力，收获了 团队合作的精神 2012年6月7号 34