發(fā)電廠課程設計11010kV變電所電氣部分設計

1、課程設計任務書1課程設計應達到的目的通過課程設計對所學課程的知識進行強化，提高學生的分析問題和解決問題的能力，拉近課堂與工程設計的距離。使學生完全掌握變電所一次部分的設計過程、主接線和配電裝置的初步設計、變電所主設備的選擇方法等。2課程設計題目及要求110/10kV變電所電氣部分設計一、設計內容1.對待設計變電所在系統(tǒng)中的地位和作用及所供用戶的分析。2.選擇待設計變電所主變的臺數(shù)、容量、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.進行互感器的配置。6.進行選擇設備和導體所必須的短路電流計算。7.選擇變電所高、低壓側的斷路器、隔離開關、高壓熔斷器。8.設計10kV

2、母線系統(tǒng)二、有關原始數(shù)據(jù)有關原始資料1. 變電所有關資料（110/11kV）變電所編號最大負荷（MW）功率因數(shù)（COS）負荷曲線重要負荷（）A220.9 B65B210.9B70C190.9B55L1 26 km，L2 24 km，L3 22 km，L4 14 km。注：A、B、C變電所分別由1/3的學生設計；P1P3，L1L4,每位學生一組數(shù)據(jù)，互不相同。2. 環(huán)境溫度最高溫度40，最熱月最高平均氣溫323. 變電所10kV側過電流保護動作時間為1秒4. 110kV輸電線路電抗按0.4/km計5. 發(fā)電廠變電所地理位置圖（附圖一）6. 典型日負荷曲線（附圖二）附圖一 發(fā)電廠變電所地理位置圖G

3、：汽輪機 QFQ502，50MW COS=0.8，Xd=0.124T：變壓器SF740000/121±2×2.5%Po = 46kW PK = 174kW Io% = 0.8 UK% = 10.5附圖二 典型日負荷曲線3課程設計任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書、圖紙、實物樣品等要求成品提交的設計文件和圖紙要求：1.設計說明書1份2.設計計算書1份3.圖紙：變電所主接線圖4主要參考文獻1、 姚春球.發(fā)電廠電氣部分.北京：中國電力出版社 2、 范錫普.發(fā)電廠電氣部分.北京：中國電力出版社 3、 陳躍.電氣工程專業(yè)畢業(yè)設計指南.電力系統(tǒng)分冊.北京：中國水利水電出版社 設計

4、說明書一、 對變電所A在電力系統(tǒng)中的地位，作用及電力用戶的分析：（一）變電所A在電力系統(tǒng)中的地位與作用：由發(fā)電廠變電所地理位置圖可以得出，變電所A的電壓等級為110kV，重要負荷所占比例為65%，在整個供電網(wǎng)絡中的作用為地區(qū)變電所。即以對地區(qū)用戶供電為主，是一個地區(qū)或城市的主要變電所，電壓一般為110kV220kV。全所停電時，僅使該地區(qū)中斷供電。（二）對電力用戶的分析：由任務書中，原始資料圖表可得：A變電所的重要負荷占總負荷65%，有功功率P=22MW,有功功率因數(shù)=0.9。按其供電可靠性的要求，負荷被分為三個等級，類負荷為重要負荷，任何時候都不能停電，類負荷，僅在必要時可以短時間停電，其余

5、為類負荷，停電時不會造成大的影響，必要時可以長時間停電。通常，類負荷需要采用兩個獨立的電源供電，當其中的任一電源發(fā)生故障而停電時，不會影響另一個電源持續(xù)供電，保證供電連續(xù)性。類負荷要求雙回路供電，按照此規(guī)則，A變電所65%的負荷采用雙回路供電，35%負荷單回路供電。變電所縱回路數(shù)為20條（計算過程見計算書）。二、 選擇待設計變電所的臺數(shù)，容量，型式：（一） 臺數(shù)：為了保證供電可靠性，一般裝設兩臺主變因為相對來說，兩臺變壓器占地面積小，簡化了主接線形式，而且管理成本較低。故變電所A的主變壓器臺數(shù)確定為2臺。（二） 選擇主變壓器的容量變電所主變壓器的容量一般按變電所建成后510年的規(guī)劃負荷考慮，并

6、應按照其中一臺變壓器停用時，其余變壓器能滿足變電所最大負荷的60%70%，即：根據(jù)設計任務書中典型日負荷曲線B，當 時，為欠負荷段；當 時，為過負荷段。計算得出選擇SFZ7-216000/110(計算過程見計算書)。（三） 選擇主變壓器的形式1) 采用三相式在330KV以下變電所中，一般選用三相式變壓器。因為一臺三相式較同容量的三臺單相式投資小，占地少，損耗小，同時配電裝置結構較簡單。A變電所位110/10KV變電所，有兩個電壓等級，故采用雙繞組變壓器。自耦變壓器雖然電壓變化率小，電壓穩(wěn)定，但是一二次側有直接聯(lián)系，要求內部絕緣性好，加強短路保護，調壓困難，相比之下，雙卷變壓器結構更簡單，運行方

7、便，費用低，所以A選用雙卷變壓器。2) 繞組接線組別的確定變壓器的雙繞組接地方式必須使其線電壓與系統(tǒng)線電壓相位一致。110KV電壓側均為“YN”，35KV以下電壓側一般為“0”，所以主變繞組的接線方式為“YN,d11”，綜上選擇2臺SFZ7-16000/110。變壓器參數(shù)如下：型號：SF7-16000/110,總容量16000KVA2=32000KVA變壓器高壓側電壓為U1=110KV，其調壓范圍為-81.25%+81.25%變壓器低壓側電壓為U2=10.5KV，=86KW，=23.5KW，%=0.9，%=10.5，SFZ7-16000/110型電力變壓器連接標號為“YN,d11”。3) 調壓

8、方式的確定變壓器的電壓調整是用分接頭開關切換變壓器的分接頭，從而改變其變比來實現(xiàn)的。無勵磁調壓變壓器的分接頭較少，調壓范圍只有10%（±22.5%），而且分接頭必須在停電的情況下才能調節(jié)；有載調壓變壓器的分接頭較多，調壓范圍可達30%，且分接頭可在帶負荷的情況下調節(jié)，但其結構復雜，價格貴。按江蘇省變電所設計規(guī)程，當主變直接向用戶供電，110kV及其一下變壓器采用有載調壓。4) 升降壓的確定變壓器A為110/10kV，選擇降壓變壓器。5) 絕緣方式的確定A變電所采用干式變壓器，干式變壓器與油浸式變壓器相比，具有防火性能好,免維護,無污染,抗短路能力強,耐熱能力強,安裝方便等優(yōu)點。在現(xiàn)代

9、化的商業(yè)中心,居民小區(qū),高層建筑,地下,公共場所等對防火要求高的地方適宜使用干式變壓器。三、分析確定高、低壓側主接線以及配電裝置型式。（一） 高、低壓側主接線的確定：電氣主接線是發(fā)電廠和變電所電氣部分的主體，它反映各設備的作用，連接方式與回路間的相互關系。所以，它的設計直接關系到全所電氣設備的選擇，配電裝置的位置，繼電保護、自動裝置和控制方式的確定，對電力系統(tǒng)的安全、經濟運行起著決定性作用。對電氣主接線的要求，包括可靠性，靈活性經濟性三個方面。變電所A高壓側為110kV有2個回路進出線。當只有兩臺主變壓器和兩回輸電線路時，采用橋式接線。內橋接線適用于輸電線路較長或變壓器不需要經常投、切及穿越功

10、率不大的小容量配電裝置中，所以110kV側采用內橋接線。內橋接線的優(yōu)缺點：優(yōu)點：（1）高壓斷路器數(shù)量少，四回路只需三臺斷路器。（2）其中一回線路檢修或故障時，其余部分不受影響，操作較簡單。缺點：（1）變壓器的投入、切除或故障時，有一回路短時停運，操作較復雜。（2）線路側斷路器檢修時，線路需較長時間停運。（3）連接橋斷路器檢修時，兩個回路需要解列運行。 變電所A低壓側電壓為10kV，回路數(shù)在6回以上，采用單母線分段接線。 分段的單母線接線的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：提高了可靠性和靈活性。缺點：增加了分段設備的投資和占地面積；某段母線故障或檢修時仍有停電問題；某回路的斷路器檢修，該回路停電；擴建時需要向兩端

11、均衡擴建。單母線分段接線的適用范圍：a）6 10kV配電裝置的出線回路數(shù)為6回及以上時；b）35 63kV配電裝置的出線回路數(shù)為4 8回時；c）110 220kV配電裝置的出線回路數(shù)為3 4回時；（二） 配電裝置型式的確定：配電裝置的整個結構尺寸，是綜合考慮設備的外形尺寸，運行維護，巡視，操作，檢修，運輸?shù)陌踩嚯x及運行中可能發(fā)生的過電壓等因素而決定的。設計原則： 形式選擇應考慮所在地理情況和環(huán)境條件下優(yōu)先選擇占地面積； 要考慮有利于降低噪聲的選擇與布置； 城市和農村的110kV配電采用屋外中型配電裝置，10kV采用屋內單層配電。 基本要求： 節(jié)約用地； 保證運行可靠； 保證人身安全和防火要求

12、； 安裝，運輸，維護，巡視，操作和檢修方便； 保證安全前提下，布置緊湊，力求節(jié)省材料和降低造價； 便于分期建設和擴建。四、分析確定所用電接線方式：（一）接入方式:按GB50059-199235110kV變電所設計規(guī)范有兩臺及以上主變壓器時，宜裝設兩臺容量相同，可互為備用所用工作變壓器?！半娫匆狱c相互獨立”：當所內有較低壓母線時，一般均由較低壓母線上引接12臺所用變壓器。所以若A變電所為110/10（KV）時，應當從10KV側引線，這種引接方式具有經濟性，可靠性較高的特點。（二）變壓器容量:可以采用換算系數(shù)法（這里不進行計算）得出，每臺變壓器容量取250kVA。 （三）變壓器型式:采用干式變壓

13、器。干式變壓器與油浸式變壓器相比，具有防火性能好,免維護,無污染,抗短路能力強,耐熱能力強,安裝方便等優(yōu)點。在現(xiàn)代化的商業(yè)中心,居民小區(qū),高層建筑,地下,公共場所等對防火要求高的地方適宜使用干式變壓器。五、互感器的配置：(一) 電壓互感器的配置：1) 型式的選擇 一般620kV戶內配電裝置中多采用油浸或樹脂澆注絕緣的電磁式電壓互感器；110kV及其以上的配電裝置中盡可能選用電容式電壓互感器。 在型式選擇時，還應根據(jù)接線盒用途的不同，確定單相式、三相式、三相五柱式、一個或多個副繞組等不同型式的電壓互感器。接在110kV及以上線路側的電壓互感器，當線路上裝有載波通信時，應盡量與耦合電容器結合，統(tǒng)一

14、選用電容電壓互感器。2) 額定電壓的選擇為保證測量準確性，電壓互感器一次額定電壓應在所安裝電網(wǎng)額定電壓的90%110%之間。電壓互感器二次額定電壓應滿足測量、繼電保護和自動裝置的要求。通常，一次繞組接于電網(wǎng)線電壓時，二次繞組額定電壓選為100V；一次繞組接于電網(wǎng)相電壓時，二次繞組額定電壓選為V。當電網(wǎng)為中性點直接接地系統(tǒng)時，互感器輔助副繞組額定電壓選為V。當電網(wǎng)為中性點非直接接地系統(tǒng)時，互感器輔助副繞組額定電壓選為100/3V。3) 準確度級的選擇 電壓互感器要求二次最大一相的負荷,不超過設計要求準確度級的額定二次負荷，而且應該盡量接近，因過小也會使誤差增大。 電壓互感器的二次負荷的計算為：

15、式中，、：同一相儀表和繼電器電壓線圈的有功功率、無功功率。 統(tǒng)計電壓互感器二次負荷時，首先應根據(jù)儀表和繼電器電壓線圈的要求，確定電壓互感器的接線，并盡可能將負荷分配均勻。4) 安裝地點a) 母線：一般各段工作母線及備用母線上各裝一組電壓互感器，必要時旁路母線也裝一組電壓互感器；b) 主變壓器回路：主變壓器回路中，一般低壓側裝一組電壓互感器，使發(fā)電廠與系統(tǒng)的低壓側同步用，并供電給主變壓器的測量和保護，當發(fā)電廠與系統(tǒng)在高壓側同步，或利用6-10KV備用母線同步時，這組互感器可不裝設。c) 線路：當對端有電源時，在出線側上裝設一組電壓互感器，供監(jiān)視線路無電壓，進行同步和設置重合閘，其中，35220K

16、V線路在一相上裝設；300500KV線路在三相上裝設。（二）電流互感器：1) 型式的選擇根據(jù)安裝的場所和使用條件，選擇電流互感器的絕緣結構、安裝方式、結構型式、測量特性。一般常用型式為：低壓配電屏和配電裝置中，采用LQ線圈式和LM母線式；620kV戶內配電裝置和高壓開關柜中，常用LD單匝貫穿式或復匝貫穿式；發(fā)電機回路或2000A以上的回路；可采用LMC、LMZ、LAJ、LBJ型或LRD、LRZD型；35kV及其以上的電流互感器多采用油浸式結構。在條件允許時，如回路中有變壓器套管、穿墻套管，應優(yōu)先采用套管電流互感器，以節(jié)省占地和減小投資。2) 額定電壓的選擇電流互感器的額定電壓不小于裝設電流互感

17、器回路所在電網(wǎng)的額定電壓。3) 額定電流的選擇 電流互感器的一次額定電流不小于裝設回路的最大持續(xù)工作電流。電流互感器的二次額定電流?？筛鶕?jù)二次負荷的要求分別選擇5A或1A等。為了保證測量儀表的最佳工作狀態(tài)，并且在過負荷時使儀表有適當?shù)闹甘荆擳A用于測量時，其一次額定電流應盡量選擇得比回路中正常工作電流大1/3左右。4) 準確度級的選擇 電流互感器的準確度級應符合其二次測量儀表、繼電保護等的要求。用于電能計量的電流互感器，準確度級不應低于0.5級。用于繼電保護的電力互感器，誤差應在一定的限值之內，以保證過電流時的測量準備度的要求。 根據(jù)電力系統(tǒng)要求切除短路故障和繼電保護動作時間的快慢，對互感器

18、保證誤差的條件提出了不同的要求。在大多數(shù)情況下，繼電保護動作時間相對來說比較長，對電流互感器規(guī)定穩(wěn)態(tài)下的誤差就能滿足使用要求，這種互感器稱為一般保護用電流互感器，適合于電壓等級較低的電力網(wǎng)。如果系統(tǒng)要求繼電保護實現(xiàn)快速保護時，應選用鐵芯帶有小氣隙的暫態(tài)特性好的電流互感器，因為它能保證其暫態(tài)誤差在規(guī)定的范圍內。5) 安裝地點a）一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)少，故一次繞組中的電流完全取決于被測電路的負荷電流，而與二次電流大小無關。b）電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以在正常情況下電流互感器在近于短路狀態(tài)下運行。A變電所電流互感器的具體配置：a）110KV進線，內橋及主變高壓、低壓

19、側均裝設三相電流互感器。所選電流互感器作用：監(jiān)測，保護相應支路；b）10KV分段及出線，配置兩相電流互感器，所選電流互感器作用：監(jiān)測各種電流，保護相應支路。六、進行選擇設備和導體所必須的短路電流計算l 短路計算的一般規(guī)定：1. 計算的基本情況：（1） 電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行；（2） 所有同步發(fā)電機都具有自動調整勵磁裝置；（3） 短路發(fā)生在短路電流為最大值瞬間；（4） 所有電源的電動勢相位角相同（5） 應考慮對短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點的電弧電阻。2. 計算容量：應按工程設計的最經規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃，一般工程建成后510年。3. 接線方式：計

20、算短路電流作用的接線方式，應是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不能用僅在切換過程中可能的運行方式。4. 短路種類：按三相短路計算。5. 短路計算點：在正常接線方式時，通路設備的短路電流為最大的地點，稱為短路計算點。（一）短路電流計算的目的：選擇和校驗導體和電氣設備，算出最大短路電流，配合電動力校驗，計算最長短路時間，進行熱穩(wěn)定校驗。（二）短路電流計算的條件：采用近似計算：， ；元件忽略電阻，線路電抗；不計負荷電動機的反饋電流；每個電壓等級只計算一個短路點，所以元件都運行，系統(tǒng)處于最大運方。時間按10kV出線過電流保護t=1s，向電源側推算。 式中，：短路切除時間； ：距短路點最近的斷路器

21、的后備繼電保護動作時間； ：斷路器全開斷時間。（三）短路電流計算的方法和步驟：1) 繪制計算電路圖。2) 繪制等值電路，并計算各元件的標幺值。3) 化簡電路。將等值網(wǎng)絡化簡為以短路點為中心的輻射等值網(wǎng)絡，并求出各電源與短路點之間的轉移電抗 。4) 計算無限大系統(tǒng)供給的短路電流和發(fā)電機供給的短路電流，得到計算電抗 。5) 由運算曲線查出各電源供給的短路電流周期分量的標幺值。6) 計算無限大容量的電源供給的短路電流周期分量的標幺值。7) 計算短路電流周期分量有名值和短路容量。8) 計算短路電流沖擊電流。9) 繪制短路電流計算表（計算見計算書）。短路電流計算表短路點K12.113.0213.0913

22、.0933.14359.51K23.15.14.995.1212.8677.65七、選擇變電所高、低壓側及10KV饋線的斷路器、隔離開關 （一）斷路器的選擇：短斷路器時最完善的高壓開關，在開關電器中，它結構最復雜，地位最重要，它的制造水平往往反映電力系統(tǒng)的發(fā)展水平。1.選擇的基本要求：（1） 在合閘運行時應為良導體，不但能長期通過負荷電流，即使通過短路電流，也足夠穩(wěn)定；（2） 在跳閘狀態(tài)下應具有良好的絕緣；（3） 應有足夠的短路能力和盡可能短的分段時間；（4） 應有盡可能長的機械壽命和電氣壽命，并要求結構簡單，體積小，重量輕，安裝維護方便。2.斷路器選擇的具體技術條件：（1） 型式：a) 高壓

23、側（110KV）：戶外SF6斷路器b) 低壓側（10KV）：戶內真空斷路器（2） 額定電壓： （工作電壓）（3） 額定電流：式中， ：溫度修正系數(shù)，環(huán)境溫度為時，=1。 ：流過這臺斷路器最可能的最大持續(xù)工作電流。（4） 額定開斷電流：（或）式中，：短路電流周期分量起始值，kA。（5） 額定關合電流：（6） 動穩(wěn)定校驗：（7） 熱穩(wěn)定校驗：t同樣，隔離開關的選擇校驗條件與斷路器相同，并可以適當降低要求。3.斷路器選擇的結果：斷路器設備型號技術參數(shù)計算參數(shù)(kV)(A)(A)(kA)(kA)(kV)(kA)(kA)(kA)(kA)QF1LW-110I/2500110250031.512550110

24、0.8545.05212.865.052QF21100.0845.05212.865.052QF3ZN12-10/160010160031.58031.5100.9213.0233.1413.02QF4100.9613.0233.1413.02QF5101.3913.0233.1413.02（二）高壓隔離開關的選擇：隔離開關是發(fā)電廠和變電所中常用的開關電器，是一種最簡單的開關，它的主要用途是保證高壓裝置檢修工作的安全，用隔離開關構成明顯的斷開點，將需要檢修的高壓設備與帶電部分可靠的斷開隔離。1選擇的基本要求：（1）隔離開關分開后應具有明顯的斷開點，易于鑒別設備是否與電網(wǎng)隔開；（2）隔離開關斷開

25、點之間應有足夠的絕緣距離，以保證過電壓及相間網(wǎng)絡的情況下，不到引起擊穿而危及工作人員的安全；（3）隔離開關應具有足夠的熱穩(wěn)定性，動穩(wěn)定性，機械硬度，絕緣強度；（4）隔離開關在跳閘合閘時的周期性要好，要有最佳的跳合閘速度，以盡可能的降低過電壓；（5）隔離開關的結構簡單，動作要可靠；（6）帶有接地刀閘的隔離開關，必須安裝連鎖機構，以保證隔離開關的正確操作。2. 高壓隔離開關選擇的具體技術條件：（1）選型 隔離開關對配電裝置的布置和占地面積有很大影響，110kV是屋外配電裝置，一般選用戶外雙柱式隔離開關。（2）額定電壓選擇：（3）額定電流選擇： 式中， ：溫度修正系數(shù)，環(huán)境溫度為時，=1。（4）熱穩(wěn)定校驗： （5）動穩(wěn)定校驗： 3結論110kv出線端主變壓器高壓側GW4110/1250GW4110/1250八、選擇10KV硬母線(一) 母線的選擇1) 選型一般采用鋁材，只有當持續(xù)工作電流較大且位置特別狹窄的場所，或者腐蝕嚴重的場所，才選用銅材。20kV及以下且正常工作電流不大于4000kA時，宜選用矩形導體，并且選單條。優(yōu)點：電阻率高且密度小。2) 截面的選擇：在35KV及以下，持續(xù)工作電流在400A及以下的屋內配