110KV10KV變電所電氣部分設(shè)計(jì)

1、發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計(jì)題 目 110/10KV變電所電氣部分設(shè)計(jì) 日期：2015.9.21 目錄l 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)-l 110/10KV變電所設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)-v 1、簡(jiǎn)要說(shuō)明所設(shè)計(jì)變電所在電力系統(tǒng)中的地位（終端）；vv 2、變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)、容量、具體的型號(hào)；vv 3、采用的主接線的形式單母線分段（B所）;vv 4、其他高壓電器：斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流互感器、電壓互感器的規(guī)格型號(hào)；l 110/10KV變電所設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)-變電所選取110kv、10kv兩個(gè)短路點(diǎn)，計(jì)算短路電流l 110/10KV變電所設(shè)計(jì)主接線圖l 參考文獻(xiàn)l 感謝課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1 課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)所學(xué)課程

2、的知識(shí)進(jìn)行強(qiáng)化，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，拉近課堂與工程設(shè)計(jì)的距離，使學(xué)生完全掌握變電所一次部分的設(shè)計(jì)過(guò)程、主接線和配電裝置的初步設(shè)計(jì)、變電所主設(shè)備的選擇方法等。2 課程設(shè)計(jì)題目及要求110/10kV變電所電氣部分設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.對(duì)待設(shè)計(jì)變電所在系統(tǒng)中的地位和作用及所供用戶的分析。2.選擇待設(shè)計(jì)變電所主變的臺(tái)數(shù)、容量及型式。3.分析確定高低壓主接線及配電裝置型式4.分析確定所用電接線型式。5.進(jìn)行互感器的配置。6.進(jìn)行選擇設(shè)備和導(dǎo)體所必須的短路電流計(jì)算。7.選擇變電所高、低壓側(cè)的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)。8.設(shè)計(jì)10kV硬母線系統(tǒng)。二、有關(guān)原始數(shù)據(jù)1. 變電所有關(guān)資料（110/10kV）變

3、電所編號(hào)P1P2P3負(fù)荷曲線功率因數(shù)重要負(fù)荷（）A0.965B262822B0.970C0.955L1 20 km，L2 22 km，L3 19 km，L4 15 km。2. 環(huán)境溫度年最高溫度40，最熱月最高平均氣溫323. 變電所10kV側(cè)過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為1秒4. 110kV輸電線路電抗按0.4/km計(jì)5. 發(fā)電廠變電所地理位置圖（附圖一）6. 典型日負(fù)荷曲線（附圖二）附圖一 發(fā)電廠變電所地理位置圖 G：汽輪機(jī) QFQ502，50MW COS=0.8， Xd=0.124T：變壓器SF740000/121±2×2.5%Po = 46kW PK = 174kW Io%

4、= 0.8 UK% = 10.5附圖二 典型日負(fù)荷曲線 3、課程設(shè)計(jì)任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、圖紙、實(shí)物樣品等要求成品提交的設(shè)計(jì)文件和圖紙要求：1設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份2設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)1份3圖紙1張：變電所主接線圖 110/10KV變電所設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(1B)第一章 所設(shè)計(jì)變電所在電力系統(tǒng)中的地位電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路和用電設(shè)備（負(fù)荷）組成的網(wǎng)絡(luò)，它包括通過(guò)電的或機(jī)械的方式連接在網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備。電力系統(tǒng)中的這些互聯(lián)元件可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是電力元件，它們對(duì)電能進(jìn)行生產(chǎn)（發(fā)電機(jī)），變換（變壓器，整流器，逆變器），輸送和分配（電力傳輸線，配電網(wǎng)），消費(fèi)（負(fù)荷）；另一類(lèi)是控制元件，它們

5、改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，調(diào)速器以及繼電器等。其中變電所是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。地區(qū)變電所：高壓側(cè)一般為110220kV，向地區(qū)用戶供電為主的變電所，這是一個(gè)地區(qū)或城市的主要變電所。全所停電后，僅使該地區(qū)中斷供電。負(fù)荷資料今欲組建的110kV 降壓變電站，有2條110kV進(jìn)線，10回10KV出線，主要負(fù)荷電壓等級(jí)為10kV。根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定的負(fù)荷資料：110kV側(cè)：L2線和L3線二回線路，由發(fā)電廠和系統(tǒng)提供電源，系統(tǒng)容量1000MVA，發(fā)電機(jī)100MVA。10kV側(cè)：10回出線，負(fù)荷28MVA，重要負(fù)荷率0.65。第二章 主變?nèi)萘?、形?/p>

6、及臺(tái)數(shù)的選擇主變壓器是變電站（所）中的主要電氣設(shè)備之一，它的主要作用是變換電壓以利于功率的傳輸，電壓經(jīng)升壓變壓器升壓后，可以減少線路損耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到遠(yuǎn)距離送電的目的。而降壓變壓器則將高電壓降低為用戶所需要的各級(jí)使用電壓，以滿足用戶的需要。主變壓器的容量、臺(tái)數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)。因此，主變的選擇除依據(jù)基礎(chǔ)資料外，還取決于輸送功率的大小，與系統(tǒng)的緊密程度，同時(shí)兼顧負(fù)荷性質(zhì)等方面，綜合分析，合理選擇。 第一節(jié) 主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇 由原始資料可知，我們本次設(shè)計(jì)的變電站是區(qū)域變電站，主要是接受由發(fā)電廠變110kV的功率和相鄰變電所提供110kV的功率，通過(guò)主變向10kV線路輸

7、送。假設(shè)主要為I類(lèi)負(fù)荷，停電會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成重大的影響。因此選擇主變臺(tái)數(shù)時(shí)，要確保供電的可靠性。 為了提高供電的可靠性，防止因一臺(tái)主變故障或檢修時(shí)影響整個(gè)變電站的供電，變電站中一般裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器?；閭溆?，可以避免因主變故障或檢修而造成對(duì)用戶的停電，若變電站裝設(shè)三臺(tái)主變，雖然供電可靠性有所提高，但是投資較大，接線網(wǎng)絡(luò)較復(fù)雜，增大了占地面積和配電設(shè)備及繼電保護(hù)的復(fù)雜性，并帶來(lái)維護(hù)和倒閘操作的許多復(fù)雜化，并且會(huì)造成短路容量過(guò)大。考慮到兩臺(tái)主變同時(shí)發(fā)生故障的幾率較小，適合負(fù)荷的增長(zhǎng)和擴(kuò)建的需要，而當(dāng)一臺(tái)主變壓器故障或檢修時(shí)由另一臺(tái)主變壓器可帶動(dòng)全部負(fù)荷的70%，能保證正常供電，故可選擇兩臺(tái)主變壓器。

8、第二節(jié) 主變壓器容量的選擇 主變壓器容量一般按變電站建成后5-10年規(guī)劃負(fù)荷選擇，并適當(dāng)考慮到遠(yuǎn)期10-20年的負(fù)荷發(fā)展，對(duì)于城郊變電站主變壓器容量應(yīng)與城市規(guī)劃相結(jié)合，該變電站近期和遠(yuǎn)期負(fù)荷都已給定，所以，應(yīng)根據(jù)近期和遠(yuǎn)期總負(fù)荷來(lái)選擇主變?nèi)萘?。根?jù)變電站所帶負(fù)荷的性質(zhì)和電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來(lái)確定主變壓器的容量，對(duì)于有重要負(fù)荷的變電站應(yīng)考慮當(dāng)一臺(tái)主變壓器停用時(shí)，其余變壓器容量在計(jì)及過(guò)負(fù)荷能力的允許時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷，對(duì)一般性變電站當(dāng)一臺(tái)主變壓器停用時(shí)，其余變壓器容量應(yīng)能保證全部負(fù)荷的70-80%。該變電站的主變壓器是按全部負(fù)荷的70%來(lái)選擇，因此裝設(shè)兩臺(tái)變壓器后的總的容量為Se=2

9、5;0.7×Pm=1.4Pm。當(dāng)一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)，可保證對(duì)70%負(fù)荷的供電?？紤]到變壓器的事故過(guò)負(fù)荷能力為30%，則可保證98%負(fù)荷供電。因?yàn)樵撟冸娬镜碾娫匆M(jìn)線是110kV側(cè)引進(jìn)，而高壓側(cè)110kV母線負(fù)荷不需要經(jīng)過(guò)主變倒送，因此主變壓器的容量為Se=0.7S。 (S為10kV側(cè)的總負(fù)荷)。 10kV側(cè)負(fù)荷 由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可知，變電所負(fù)荷達(dá)28兆瓦， 功率因素取0.9,主變?nèi)萘堪?0kV側(cè)總負(fù)荷的70%來(lái)選擇。 S/ cos=28/0.9=31.11（MVA） 總?cè)萘窟_(dá)31.11MVA， S主變= S總×70%=31.11×70%=21.78（MVA） 主變?nèi)萘窟x

10、擇 因此選擇2臺(tái)25兆伏安主變可滿足供電要求； 第三節(jié) 主變壓器形式的選擇 （1）主變相數(shù)的選擇 主變壓器采用三相或單相，主要考慮變壓器的制造條件、可靠性要求及遠(yuǎn)輸條件等因素,特別是大型變壓器尤其需要考慮其運(yùn)輸可能性保證運(yùn)輸尺寸不超過(guò)遂洞、涵洞、橋洞的允許通過(guò)限額，運(yùn)輸重量不超過(guò)橋梁、車(chē)輛、船舶等運(yùn)輸工具的允許承載能力，當(dāng)不受運(yùn)輸條件限制時(shí)，在330kV及以下的變電站均應(yīng)選用三相變壓器。 本次設(shè)計(jì)的變電站位于市郊，交通便利，不受運(yùn)輸條件限制，故可選擇三相變壓器，減少了占用稻田、丘陵的面積；而選用單相變壓器相對(duì)來(lái)講投資大，占地多，運(yùn)行損耗大，同時(shí)配電裝置以及繼電保護(hù)和二次接線比較復(fù)雜，增加了維護(hù)

11、及倒閘操作的工作量。 （2）主變調(diào)壓方式的選擇 變壓器的電壓調(diào)整是用分接開(kāi)關(guān)切換變壓器的分接頭，從而改變變壓器變比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。切換方式有兩種：不帶電切換稱(chēng)為無(wú)激磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±5%以?xún)?nèi)。另一種是帶負(fù)載切換，稱(chēng)為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)20%。對(duì)于110kV的變壓器，有載調(diào)壓較容易穩(wěn)定電壓，減少電壓波動(dòng)所以選擇有載調(diào)壓方式，且規(guī)程上規(guī)定對(duì)電力系統(tǒng)一般要求10kV及以下變電站采用一級(jí)有載調(diào)壓變壓器。所以本次設(shè)計(jì)的變電站選擇有載調(diào)壓方式。 （3）連接組別的選擇 變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運(yùn)行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式只有Y和。我國(guó)110kV及以上電壓，變

12、壓器繞組都采用Y0 連接，35kV變壓器采用Y連接，其中性點(diǎn)多通過(guò)消弧線圈接地，35kV以下電壓，變壓器繞組都采用連接。 本次設(shè)計(jì)的變電站的兩個(gè)電壓等級(jí)分別為：110kV、10kV，所以選用主變的接線級(jí)別為YN， d11接線方式。 （4）容量比的選擇 根據(jù)原始資料可知， 110kV側(cè)負(fù)荷容量與10kV側(cè)負(fù)荷容量一樣大，所以容量比選擇為100/100。 （5）主變冷卻方式的選擇 主變壓器一般采用冷卻方式 有自然風(fēng)冷卻（小容量變壓器）、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻（大容量變壓器）、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)冷卻。 在水源充足，為了壓縮占地面積的情況下，大容量變壓器也有采用強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻方式的。強(qiáng)迫油循

13、環(huán)水冷卻方式散熱效率高，節(jié)約材料，減少變壓器本身尺寸，其缺點(diǎn)是這樣的冷卻方式要在一套水冷卻系統(tǒng)和有關(guān)附件，冷卻器的密封性能要求高，維護(hù)工作量大。而本次設(shè)計(jì)的變電所位于郊區(qū)，對(duì)占地要求不是十分嚴(yán)格，所以應(yīng)采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻方式。 因此選擇2臺(tái)25兆伏安主變可滿足供電要求； 選擇主變型號(hào)為：SFZ10-25000/110 容量比（高/低%）：100/100 電壓分接頭：121±2×2.5%/10.5kV 阻抗電壓（高低）：10.5% 聯(lián)結(jié)組別：YN， d11第三章 電氣主接線本變電所110kv有兩回進(jìn)線，可采用的方案有：一、二次側(cè)均采用單母分段接線。當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷

14、路器自動(dòng)切斷故障段，保證正常母線不間斷供電。適用于兩回以上進(jìn)線或者進(jìn)出線較多的總降壓變壓所。這種接線的供電可靠性高、運(yùn)行靈活，但高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備較多、投資大，用于有大量一二類(lèi)負(fù)荷的變電所。主接圖見(jiàn)計(jì)算部分第四章 電氣設(shè)備配置原則110kv配電裝置為室外普通中型布置，110kv采用門(mén)型母線架，進(jìn)出線構(gòu)建寬8m。10kv配電裝置為室內(nèi)成套開(kāi)關(guān)柜，主變壓器10kv側(cè)經(jīng)矩形鋁母線引入開(kāi)關(guān)柜，支持絕緣子間距2m，相間中心距0.4m。第一節(jié) 斷路器的配置下列各回路在發(fā)電機(jī)出口處宜裝斷路器：(1)聯(lián)合單元回路; 以下各回路在發(fā)電機(jī)出口處必須裝設(shè)斷路器： (1)擴(kuò)大單元回路；(2)三繞組變壓器或自耦變壓器回路。

15、第二節(jié) 隔離開(kāi)關(guān)的配置(1)發(fā)電機(jī)或變壓器中性點(diǎn)上的消弧線圈，應(yīng)裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)。(2)接在母線上的避雷器和電壓互感器，可合用一組隔離開(kāi)關(guān)。但對(duì)于330-500kV避雷器和線路電壓互感器均不應(yīng)裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)。因330-500kV避雷器除保護(hù)大氣過(guò)電壓外尚要限制操作過(guò)電壓，而線路電壓互感器接著線路主保護(hù)，都不能退出運(yùn)行,它們的檢修可與相應(yīng)回路檢修同時(shí)進(jìn)行。第三節(jié) 接地開(kāi)關(guān)的配置(1)為保證電器和母線的檢修安全，35kV及以上每段母線根據(jù)長(zhǎng)度宜裝設(shè)12組接地開(kāi)關(guān)或接地器，兩組接地開(kāi)關(guān)間的距離應(yīng)盡量保持適中。母線的接地開(kāi)關(guān)宜裝設(shè)在母線電壓互感器的隔離開(kāi)關(guān)上和母聯(lián)隔離開(kāi)關(guān)上，也可裝于其他回路母線隔離開(kāi)關(guān)的基

16、座上。必要時(shí)可設(shè)置獨(dú)立式母線接地器。 (2)63kV及以上配電裝置的斷路器兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)和線路隔離開(kāi)關(guān)的線路側(cè)宜配置接地開(kāi)關(guān)。雙母線接線兩組母線隔離開(kāi)關(guān)的斷路器側(cè)可共用一組接地開(kāi)關(guān)。(3)旁路母線一般裝設(shè)一組接地開(kāi)關(guān)，設(shè)在旁路回路隔離開(kāi)關(guān)的旁路母線側(cè)。(4)63kV及以上主變壓器進(jìn)線隔離開(kāi)關(guān)的主變壓器側(cè)宜裝設(shè)一組接地開(kāi)關(guān)。第四節(jié) 電壓互感器的配置電壓互感器的數(shù)量和配置與主接線方式有關(guān)，并應(yīng)滿足測(cè)量、保護(hù)、同期和自動(dòng)裝置的要求。電壓互感器的配置應(yīng)能保證在運(yùn)行方式改變時(shí)，保護(hù)裝置不得失壓，同期點(diǎn)的兩側(cè)都能提取到電壓。 (1)6-220kV電壓等級(jí)的每組主母線的三相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器。 (2)旁路母線

17、上是否需要裝設(shè)電壓互感器，應(yīng)視各回出線外側(cè)裝設(shè)電壓互感器的情況和需要確定。(3)當(dāng)需要監(jiān)視和檢測(cè)線路側(cè)有無(wú)電壓時(shí)，出線側(cè)的一相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器。(4)當(dāng)需要在330kV及以下主變壓器回路中提取電壓時(shí)，可盡量利用變壓器電容式套管上的電壓抽取裝置。 第五節(jié) 電流互感器的配置(1)凡裝有斷路器的回路均應(yīng)裝設(shè)電流互感器，其數(shù)量應(yīng)滿足測(cè)量?jī)x表、保護(hù)和自動(dòng)裝置要求。 (2)在未設(shè)斷路器的下列地點(diǎn)也應(yīng)裝設(shè)電流互感器：發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)、發(fā)電機(jī)和變壓器的出口、橋形接線的跨條上等。(3)對(duì)直接接地系統(tǒng)，一般按三相配置。對(duì)非直接接地系統(tǒng)，依具體要求按兩相或三相配置。(4)一臺(tái)半斷路器接線中，線路一線路串可裝

18、設(shè)四組電流互感器，在能滿足保護(hù)和測(cè)量要求的條件下也可裝設(shè)三組電流互感器。線路變壓器串，當(dāng)變壓器的套管電流互感器可以利用時(shí)，可裝設(shè)三相電流互感器。110/10KV變電所設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)(1B)變電所選取110kv、10kv兩個(gè)短路點(diǎn)，計(jì)算短路電流設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)： 系統(tǒng)S處短路電流16A(1) 根據(jù)系統(tǒng)接線圖，繪制短路等效電路圖。取基準(zhǔn)容量Sd=100MVA,基準(zhǔn)電壓Ud1=115kv,Ud2=10.5kv,Sn=2 X50/0.8=125系統(tǒng)容量S=730MVA則B所線路阻抗各元件電抗標(biāo)幺值計(jì)算如下；X1*=X2*=0.195×100/(50/0.8)=0.312X3*=X4*=10.5/63=0

19、.167X5*=0.4×22×100/115/115=0.067X6*=0.4×22×100/115/115=0.067X7*= X8*=10.5/25=0.42X0*=100/730=0.137(2) k1短路，短路等效電路圖。X9*= X1*/X2*+ X3*/X4*=0.156+0.0835=0.24X12*=0.204X10*=0.378X11*=0.291系統(tǒng)1計(jì)算電抗為系統(tǒng)2計(jì)算電抗為查表； 0 0.2 4 0.46 2.302 1.950 2.088 0.48 2.203 1.879 2.507 2.45 0.417 0.399 0.419

20、 2.50 0.409 0.391 0.410系統(tǒng)1電抗標(biāo)幺值I"*=2.210I0.2"*=1.906I4"*=2.069系統(tǒng)2電抗標(biāo)幺值i”*=0.413i0.2”*=0.395i4”*=0.415則流入K1點(diǎn)的總短路電流為I"= I"* Sn / Ud1/3+ i"*S/ Ud1/3=3.149KAI0.2"= I0.2"* Sn / Ud1/3+ i0.2"*S/ Ud1/3=2.883KAI4"=I4"* Sn / Ud1/3+ i4"*S/ Ud1/3=3.070

21、KA非發(fā)電機(jī)電壓母線發(fā)電廠高壓側(cè)母線短路，Ks取1.8，沖擊電流為Ish=2KshI"=8.030KA (3) k2短路，短路等效電路圖。X13*=X7*+X6*=0.48X14*=1.343X15*=1.305系統(tǒng)1計(jì)算電抗為Xc*= X14*Sn/Sd=1.679系統(tǒng)2計(jì)算電抗為Xs*=1.305×850/100=11.093查表； 0 0.2 4 1.65 0.622 0.586 0.642 1.75 0.586 0.544 0.602系統(tǒng)1電抗標(biāo)幺值I"*=0.612I0.2"=0.577I4"*=0.631系統(tǒng)2電抗標(biāo)幺值當(dāng)計(jì)算電抗Xjs3.45時(shí),其短路電流查表得出; 當(dāng)計(jì)算電抗Xjs3.45時(shí),則可以近似地認(rèn)為短路周期電流的幅值已不隨時(shí)間而變。I”*=1/Xs*=0.090I0.2"*=0.090I4"*=0.090則流入K2點(diǎn)的總短路電流為I"= I"* Sn/ Ud2/3+ i"*S/ Ud2/3=11.080KAI0.2"= I0.2"* Sn/ Ud2/3