变电站电气一次部分设计毕业设计论文

课 程 设 计 用 纸教师批阅第一章 原始资料分析1.1 目的与意义变电站电气一次部分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，变电站电气一次部分设计是变电站设计最主要的设计工作之一。同时，变电站电气一次部分设计综合了电气工程专业众多的专业课基础课。因此，变电站电气一次部分设计可以锻炼学生综合运用所学知识提出问题、解决问题的能力。变电站电气一次部分设计的目的在于使学生通过此次毕业设计，在如下几个方面得到充分训练。(1) 结合毕业设计任务，加深对所学知识内在联系的理解，并能灵活地加以综合运用。(2 )根据所学知识及毕业设计任务，学会提出问题、解决问题，最终将所学知识转化为能力。(3) 通过毕业设计实践，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1.2 原始资料1.2.1 拟建变电所联网情况如下图1所示系统与线路参数表系统1系统2线路参数S1(MVA)xc1S2(MVA)xc2L1(kM)L2(kM)L3(kM)第1组2250.381800.40605766第2组2150.361850.42506275第3组2100.431780.41556568第4组2300.421960.396568501.2.2 地区环境条件年最高气温：40；年最低气温：-5；年平均气温：18出线方向：220kv 向北 110kv 向西 10kv 向东南1.2.3 负荷资料（1）220kV线路3回，预留1回备用，架空线路型号选用LGJQ-300。（2）110kV线路8回，其中2回留做备用，架空。（3）10kv线路12回，另有2回备用，架空。 110kV线路负荷资料名称最大负荷（MW）cos回路数1、2组3、4组A厂3638092B厂3035092A变电所2526091B变电所2830091C变电所26300851D变电所22240851上表中各负荷间的同时系数为09。10kV线路负荷资料名称最大负荷（MW）cos回路数a厂40.851b厂30.851c厂3.50.851d厂3.20.851e厂3.40.851f厂5.60.852g厂2.80.851a变电所30.91b变电所30.91c变电所30.91d变电所30.91上表中各负荷间的同时系数为0.85。4）110kV各负荷与10kV 各负荷间的同时系数为09。5）所用电负荷统计名称容量(kW)备注主变风扇2660.15连续、经常主充硅20连续、不经常浮充硅14连续、经常蓄电池通风1.4连续、不经常蓄电池排风1.7连续、不经常锅炉房水泵1.7连续、经常空压机222短时、经常载波室1.7连续、经常220 kV配电装置电源20短时、不经常110 kV配电装置电源20短时、不经常220 kV QF冬天加热1连续110 kV QF冬天加热1连续室外配电装置照明20连续室内照明10连续1.2.4 课题任务要求：根据所学的知识、参考文献和给定的课题内容（原始资料）对220kV降压变电所的电气一次部分进行设计。具体为：1确定电气主接线（进行34种方案比较论证） 2确定变电所主变压器的台数和容量3确定所用电接线（进行23种方案比较论证） 4确定所用变压器的台数和容量5确定各电压级配电置6确定各电压级各主要的电气设备7确定电压互感器和电流互感器的配置8按时独立完成设计任务书规定的内容，对设计中所出现的问题进行综合分析并加以解决；9按设计要求撰写课程设计论文报告书，文字通顺，排版合理，图纸符合国家规范。第二章 设计说明书2.1 电气主接线2.1.1 电气主接线的意义和要求电气主接线是发电厂、变电所电气设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案，决定于电压等级和出线回路数。 电气主接线是由高压电气设备连成的接收和分配电能的电路，是发电厂和变电所最重要的组成部分之一，对安全可靠供电至关重要。因此设计的主接线必须满足如下要求：(1) 满足对用户供电必要的可靠性和电能质量的要求；(2) 接线简单、清晰，操作简便；(3) 必要的运行灵活性和检修方便；(4) 投资少，运行费用低；(5) 具有扩建的可能性。2.1.2 各母线部分的接线方式结合参数表格，较合理的电气主接线（如Error! Reference source not found.所示）表1电气主接线图220KV母线双母线接线110KV母线双母线接线10KV母线单母线分段所用电接线 所用电压等级的确定： 因为所用负荷中最大负荷最大负荷为20Kw，小于100Kw。所以只需380V电压等级就足够了。所用电的引接： 根据所用电压的等级的确定，从10KV母线上分段引接。所用电接线形式采用单母线分段接线，可以使重要负荷及所用电的供电从不同的母线分段取得。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。如图 1所示。图 1 单母线分段22.2 主变压器选择2.2.1主变压器台数的选择 根据原始资料，本变电站为220KV降压变电站，负荷重、出线多，所以考虑用两台主变压器。有两台主变压器，可保证供电可靠性，避免一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。2.2.2 主变压器容量的确定（1）选择原则 a、主变压器容量一般按变电站建成后510年的规划负荷选择，并应考虑变压器正常工作和事故时过负荷能力。 b、根据变电站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站；应考虑当一台变压器停运时，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对一、二级负荷的供电。（2）容量确定 根据选择原则和已确定选用两台主变压器，主变压器总容量可取最大负荷PMAX的1.6倍，且计及每台变压器有40%的过负荷能力，当一台变压器单独运行时能满足70%的负荷的电力需要。计算所有负荷大小：110KV用户负荷计算: 10KV用户负荷计算：所用电负荷计算：考虑到线路上还是有线损，这里我取6%，那么实际变压器的容量是至少要=176.3/（1-0.06）=187.55MVA初期装两台变压器： 两台同时运行时： 单台运行时： 考虑将来的负荷可能会超出本来的预算，为了有所发展的余地，选择的主变压器的容量为180MVA。2.2.3变压器型式的选择（1）相数的选择变压器的相数有单相和三相，主变压器是采用三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。规程上规定，当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂用变电站，均选用三相变压器。同时，因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，而不作考虑。本变电站为一个220KV降压变电站，所以应选用三相变压器。（2）绕组数绕组的形式主要有双绕组和三绕组。规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器。因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比两台双绕组变压器都较少。同时三绕组变压器比同容量的双变压器价格要贵40%50%，对深入引进负荷中心，具有直接从高压变为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。根据本变电站的实际条件选择三绕组变压器。（3）中性点的接线方式电网的中性点接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。规程上规定；凡是110KV500KV侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器663KV采用中性点不接地。所以主变压器的220KV、110KV侧的中性点均采用直接接地方式。（4）绕组接线组别变压器三绕组的接线组别必须与系统秒年电压相位一直，否则，不能并列运行。电力系统采用的组别接线方式只有星行“Y”和三角形“d”两种。因此，变压器三绕组的连接方式应根据具体工程来决定。在发电厂和和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素，根据以上变压器绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般选用YN，d11常规接线。因此选用连接组别为YN，n0，d11的三绕组自耦变压器。综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下：型号为180000/220型 180000/180000/180000额定电压：24222.5%/121/10.5kV。阻抗电压：Z=25.4，Z=15.5，Z=7.92。2.3 短路电流计算短路电流计算结果如下（具体计算过程见计算书）表2.1 变压器短路阻抗标幺值电压等级（kV）22011010符号*短路阻抗标幺值0.09200470.0055表2.2 主变压器额定电流值电压等级（kV）22011010额定电流（A）5726762977短路类型短路点位置0S（KA）2S（KA）4S（KA）三相短路220kV母线1.8021.8751.875110kV母线2.5982.5982.59810kV母线16.45616.45616.456表2.3变电站短路电流计算结果表2.4 设备选择2.4.1 断路器型式的选择（1）按额定电压选择断路器的额定电压，应不小于所在电网的额定电压，即UzdUg（2）按额定电流选择断路器的额定电流应不小于回路的持续工作电流，即IeIg。（3）按配电装置种类选择装置的种类系指断路器安装的场所。装设在屋内的应选屋内型，装设在屋外的，应选屋外型。（4）按构造型式选择在相同技术参数的条件下，有各种型式的短路器，如多油断路器、少油断路器、空气断路器、SF6断路器等。要根据配电装置的工作条件和要求，结合各断路器的特点来选用。a：SF6断路器的特点灭弧性能好，端流容量大，检修期长，结构紧凑，占地面积小，有益于变电所小型化。但是设备价格高，在封闭不好的情况下，在断路器周围环境中易于沉积气体，并需进行充气。（5）按断流容量选择按切断电流断路容量或根据切断能力来选择断路器时，在给定电网电压下，必须满足下述条件（6）动稳定校验所谓动稳定校验系指在冲击电流作用下，断路器的载流部分多产生的电动力是否能导致断路器的损坏。为防止这种破坏，断路器极限电流必须大于三相短路时通过断路器的冲击电流，即ishidf（7）热稳定校验所谓热稳定校验系指稳态短路电流在假想时间内通过断路器时，其各部分的发热量不会超过规定的最大允许温度，即本方案220KV全部选用断路器，110KV全部选用少油断路器。查表后选择结果：表2.4 断路器选择结果设备所在线路断路器型号220kv侧系统进线LW1-220220kv侧水电厂进线LW1-220变压器220kv侧LW1-220变压器110kv侧SW4-110/1000续表2.4变压器10kv侧SN5-20G /7000110kv母线出线SW4-110/1000220 kv侧母联、分段处LW1-220110kv侧母联、分段处SW4-110/100010kv侧分段处SN5-20G /70002.4.2 隔离开关的选择隔离开关的主要用途：(1) 隔离电压，在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全；(2) 倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成；(3) 分、合小电流。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。隔离开关选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。隔离开关选择和校验原则是：a、UzdUg；b、IeIg；c、 ；d、ichidf本方案选择的隔离开关型号为：表2.5隔离开关选择结果设备所在线路隔离开关型号220kv侧系统进线GW6-2200 /1000-50220kv侧电厂进线GW6-2200 /1000-50变压器220kv侧GW6-2200 /1000-50变压器110kv侧GW4-110D（D）变压器10kv侧GN10-10T/7000-200110kv母线出线GW4-110D（D）220 kv侧母联、分段处GW6-2200 /1000-50110kv侧母联、分段处GW4-110D（D）10kv侧分段处GN10-10T/7000-2002.4.3母线的选择（1）按导体长期发热允许电流选择计算式为：式中导体所在回路中最大持续工作电流，A；在额定环境温度时导体允许电流，A；K与实际环境温度和海拔有关的中和校正系数。当导体允许最高温度为+70摄氏度和不计日照时，K值可用下式计算式中，、分别为导体长期发热允许发热允许最高温度和导体安装地点实际温度环境温度。（2）热稳定校验按上述情况选择的导体截面，还应校验其在短路条件下的热稳定： 热稳定系数； 裸导体的最小截面，；短路电流的热效应，；集肤效应系数。（3）动稳定校验：动稳定必须满足下列条件： 母线材料的允许应力，；短路时母线中的最大应力，。当单片矩形母线布置在同一平面时，其短路时母线中的最大应力为 式中 支持绝缘子间的距离，；母线相间距离，；母线断面系数，短路冲击电流峰值，；单片竖放时有： 式中 母线厚度，；母线宽度，本方案选择的母线型号为：表2.6母线选择结果电压等级母线型号母线尺寸导体截面积（）220kv管形LF-21Y型铝锰合金导体130/54110kv管形LF-21Y型铝锰合金导体 80/7210kv矩形LGJ钢芯铝绞线 70/10第三章 计算书3.1 负荷电流计算计算所有负荷大小：（1）110KV用户负荷计算 （2）10KV取110KV负荷的0.05%（3）所用负荷计算（4）计算变压器在各电压等级上额定电流情况：110KV侧各线路负荷电流： 石化厂：=306.66A炼油厂：=235.89A甲县变：=117.95A乙县变：=126.89A丙县变：=142.02A丁县变：=135.85A水泵厂：=206.41A10KV侧各线路负荷电流： 氮肥厂：=353.20A机械厂：=169.81A纺织厂：=156.224A化工厂：=237.73A造纸厂：=203.77A水厂：=415.17A建材厂：=203.02AA变：=421.66AB变：=393.36AC变：=348.95A3.2各元件阻抗计算图3.1系统等值电路3.2.1计算各线路阻抗。基准值： 线路阻抗：线路阻抗标么值为：3.2.2变压器阻抗计算：变压器各绕组等值电抗：变压器各绕组等值电抗标么值：两变压器并联电抗标么值：图3.2变压器并联等值电路3.3短路电流计算3.3.1 220KV母线短路电流计算：220KV侧Y等值电路如图3.3：图3.3 220KV侧等值电路220KV侧Y等值电路如图3.4图3.4 220KV侧等值电路 由此可得转移阻抗为：可得220KV各侧短路电流为：T=0S时：查运算曲线表可得：T=2S时查运算曲线表可得：T=4S时3.3.2 110KV母线短路电流计算：等效电路如图3.5图3.5等效电路图 图3.6 110KV侧短路时等值变换电路图由此可得转移阻抗为：可得110KV母线短路时的短路电流为：查运算曲线表可得：T=2S，T=4S与T=0S相同3.3.3 10KV侧母线短路电流计算：图3.7 10KV侧短路时等值电路图经等效变换后电路如图3.8 图3.8 10KV侧短路时等值变换电路图由此可得转移阻抗为：各侧短路电流为：查运算曲线表可得：T=2S，T=4S与T=0S相同3.4 电气设备的选择与计算3.4.1 断路器及隔离开关选择变压器220KV侧：（1）工作电压：=1.05=1.05220=231（2）最大持续工作电流：=1.05=1.05=496A（3） 参数选择：（1）按工作电压选择，有：231（2）按工作电流选择，有：496（3）按开断电流选择，有：0.537（4）按额定关合电流选择，有：（5）按热稳定校验，有：（6）按动稳定校验，有：=1.443表3.1 变压器220KV侧断路器、隔离开关选择表：名称计算数据LW12-220高压断路器GW6-2200 /1000-50隔离开关额定电压额定电流额定开断电流-极限通过电流-热稳定电流关合电流峰值-变压器110KV侧：（1）工作电压：=1.05=1.05110=115.5（2）最大持续工作电流：=（3） 参数选择：（1）按工作电压选择，有：115.5（2）按工作电流选择，有：949（3）按开断电流选择，有：0.739（4）按额定关合电流选择，有：（5）按热稳定校验，有：（6）按动稳定校验，有：=1.986表3.2 变压器110KV侧断路器、隔离开关选择表名称计算数据SW4-110/1000少油式断路器GW4-110D（D）隔离开关额定电压额定电流额定开断电流-极限通过电流-热稳定电流关合电流峰值-变压器10KV侧:（1）工作电压：=1.05=1.0510=10.5（2）最大持续工作电流：=（3） 参数选择：（1）按工作电压选择，有：10.5（2）按工作电流选择，有：10.392（3）按开断电流选择，有：（4）按额定关合电流选择，有：（5）按热稳定校验，有： （6）按动稳定校验，有：表3.3 变压器10KV侧断路器、隔离开关选择表名称计算数据SN5-20G /7000少油式断路器GN10-10T/7000-200隔离开关额定电压额定电流额定开断电流-极限通过电流-热稳定电流关合电流峰值-220KV侧系统进线：（1）工作电压：=1.05=1.05220=231（2）最大持续工作电流：=1.05=1.05=646A（3） 参数选择：（1）按工作电压选择，有：231（2）按工作电流选择，有：646（3）按开断电流选择，有：1.172（4）按额定关合电流选择，有：（5）按热稳定校验，有：（6）按动稳定校验，有：=3.15表3.4 220KV侧系统进线断路器、隔离开关选择表：名称计算数据LW1-220高压断路器GW6-2200 /1000-50隔离开关额定电压额定电流额定开断电流-极限通过电流-热稳定电流关合电流峰值-220KV侧水电站进线：（1）工作电压：=1.05=1.05220=231（2）最大持续工作电流：（3） 参数选择：（1）按工作电压选择，有：231（2）按工作电流选择，有：861（3）按开断电流选择，有：1.09（4）按额定关合电流选择，有：（5）按热稳定校验，有：（6）按动稳定校验，有：=2.93表3.5 220KV侧电厂进线断路器、隔离开关选择表：名称计算数据LW1-220高压断路器GW6-2200 /1000-50隔离开关额定电压额定电流额定开断电流-极限通过电流-热稳定电流关合电流峰值-220kv侧母联断路器和分段断路器（1）工作电压：=1.05=1.05220=231（2）最大持续工作电流：=1.05=1.05=315A（3） 参数选择：（1）按工作电压选择，有：231（2）按工作电流选择，有：315（3）按开断电流选择，有：1.802（4）按额定关合电流选择，有：（5）按热稳定校验，有： （6）按动稳定校验，有：=4.842表3.6 220KV侧母联断路器和分段断路器、隔离开关选择表：名称计算数据LW1-220高压断路器GW6-2200 /1000-50隔离开关额定电压额定电流额定开断电流-极限通过电流-热稳定电流关合电流峰值-110kv侧母联断路器和分段断路器（1）工作电压： =1.05=1.05110=115.5（2）最大持续工作电流： =（3） 参数选择：（1）按工作电压选择，有：115.5（2）按工作电流选择，有：772（3）按开断电流选择，有：2.598（4）按额定关合电流选择，有：（5）按热稳定校验，有：（6）按动稳定校验，有：=6.981表3.7 110KV侧母联断路器和分段断路器、隔离开关选择表名称计算数据SW4-110/1000少油式断路器GW4-110D（D）隔离开关额定电压额定电流额定开断电流-极限通过电流-热稳定电流关合电流峰值-110KV负荷侧：（1）工作电压： =1.05=1.05110=115.5（2）负荷的最大持续工作电流： =（3） 参数选择：（1）按工作电压选择，有：115.5（2）按工作电流选择，有：633（3）按开断电流选择，有：2.598（4）按额定关合电流选择，有：（5）按热稳定校验，有：（6）按动稳定校验，有：=6.981表3.8 110KV负荷侧断路器、隔离开关选择表名称计算数据SW4-110/1000少油断路器GW4-110D/600-80隔离开关额定电压额定电流额定开断电流-极限通过电流-热稳定电流关合电流峰值-3.4.2 母线选择（1）220KV母线 按经济电流密度的选择，取， 查经济电流密度曲线 选择管形LF-21Y型铝锰合金导体130/54 电晕电压校验：裸导体临界电压最高工作电压热稳定校验： 环境温度时 ，修正系数为 正常运行温度： 当工作电压44.87 度时,查表得:热稳定系数短路热效应: (满足要求)。动稳定校验：硬铝允许应力为 (满足要求)（2）110KV母线按经济电流密度的选择，取，查经济电流密度曲线 选择管形LF-21Y型铝锰合金导体80/72 电晕电压校验：裸导体临界电压最高工作电压热稳定校验： 环境温度时 ，修正系数为 正常运行温度： 当工作电压42.5 度时,查表得:热稳定系数短路热效应: (满足要求)。动稳定校验：硬铝允许应力为 (满足要求)（3）10kv母线按经济电流密度的选择，取 ，查经济电流密度曲线 选择管形LGJ钢芯铝绞线70/10 计算拉断力23390(N)电晕电压校验：裸导体临界电压最高工作电压热稳定校验： 环境温度时 ，修正系数为 正常运行温度： 当工作电压35.9度时,查表得:热稳定系数短路热效应: (满足要求)。动稳定校验： (满足要求)第四章 心得体会 通过一个多星期的发电厂电气部分课程设计，虽然时间不长，但期间有许多事情让我难忘，我从中学到了很多宝贵的经验和知识。对电气一次设计的过程有了一个很大程度了解，为以后的工作打下了一个坚石的基础。在实际操作中我们应该学会如何和同学一起合作，以提高工作效率。合作之间其实并不是单纯的操作，相互呼应，还可以提高我们的实际解决问题的能力。通过这次设计，我深刻的认识到了，理论知识和实践相结合是教学环节中相当重要的一个环节，只有这样才能提高自己的实际操作能力，并且从中培养自己的独立思考、勇于克服困难、团队协作的精神。从而，为自己以后学习和工作打下基研。只有自己亲手做了，才会明白其实很多事是很简单的，只要你敢做，就没有你做不到的事。谁都有第一次，谁都会认为第一次是最难的。通过这次课程设计，我对电气一次设计方案由最初选择合理方案到接线图设计的整个过程有了一个大致的了解，对设计的思路、基本方法、步骤有了深刻的认识。尽管在这次设计中，或许我们的选择方案不是实际中的最优方案，但我们按照老师指导设计程序进行，自己对电气一次设计有了大概的了解，也是学习发电厂电气部分理论知识的一次实际应用，把我们的理论和实际联系了起来，在这次的设计过程中，我们组先根据派发的任务收集，调查有关的资料书籍，然后进入起草方案阶段，其间与同组同学进行方案的讨论，修改。有不懂的地方向老师请教，大家都有很大的收获时间过得真快，为期两周的发电厂课程设计就已经结束。在这段时间里，我学到了很多以前学不到的东西，也认识到了自己很多的不足感觉收益非浅。 最后，感谢老师对我们的教诲和指导！参考文献1山西电业局.电气工程设计手册（上、下）.TM，北京：中国水利电力出版社，19982熊信银.发电厂电气部分.TM, 北京：中国电力出版社，20013陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册.TM，北京：中国水利电力出版社 ，20034丁山.变电所设计（10220kV）TM，辽宁：辽宁科学技术出版社 ，19935王川波，徐绪椿.发变电站一次系统.TM，北京：中国水利电力出版社，19986傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算.TM，北京：中国电力出版社，20047卓乐友.电力工程电气设计200例.TM，北京：中国电力出版社，20048 宋继成. 220500kV变电所电气接线设计.TM，北京：中国电力出版社，200446