110KV变电站课程设计范例(本科课设)课案.doc

发电厂电气部分课程设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 二 年 月 日目 录（二号字体）1.课程设计目的22.110KV变电站设计题目和要求23 主变压器台数、容量、型式的选择34 电气主接线方案的确定45所用电设计 86短路电流的计算 97电气设备的选择12 1课程设计目的电气主接线是发电厂，变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节，而电气设备的选择是电气设计的主要内容之一。本次课设通过110/10kv变电站的设计，对变压器选择，限制短路电流的方法进行分析，通过对电气主接线经济性，灵活性，可靠性的分析，选出最优方案。2 110KV变电站设计依据和要求2.1依据根据设计任务书下达的任务和原始数据设计。2.2设计内容为了满足该县负荷发展及电网电力交换的需要，优化该县的电网结构，拟在县城后山设计建设一座110/10的降压变电所，简称110kV变电所。2.3电力系统概述本变电所与电力系统联系#1 #2 #3 #4 #5 #610kV 110kV变电所电力系统Sj=100MVA110kV110kV变DDDIAN1、接线图 0 说明110kV变电所通过两回110kV线路接至该变电所，再与电力系统相连。这里将Sj取为100MVA,系统侧提供短路电流为22.17kA;按供电半径不大于5kM要求,110kV线路长度定为4.8kM。 110kV变电所在电力系统中的地位和作用 1、根据110kV变电所与系统联系的情况，该变电站属于终端变电所。 2、110kV变电所主要供电给本地区用户，用电负荷属于类负荷。2.4 110kV变电所各级电压负荷情况分析2.4.1供电方式110kV侧：共有两回进线，由系统连接双回线路对110kV变电所供电。10kV侧：本期出线6回， 由110kV变电所降压后供电。2.4.2负荷数据1、全区用电负荷本期为27MW，共6回出线，每回按4.5MW计；远期50MW，14回路，每回按3.572MW设计；最小负荷按70计算，供电距离不大于5kM。 2、负荷同时率取0.85，cos=0.8，年最大利用小时数Tmax=4250小时/年。 3、所用电率取0.1%。2.4 110kV变电所的自然条件2.4.1 水文条件1、海拔80M2、常年最高温度40.33、常年最低温度1.74、雷暴日数62日/年5、污秽等级为3级2.4.2 所址地理位置与交通运输情况 地理位置不限制，交通便利。3 主变压器台数、容量、型式的选择3.1 主变压器的选择原则1、主变压器台数1）为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变压器。2）当只有一个电源或变电所可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。3）对于大型枢纽变电所，根据工程具体情况，可安装2至4台变压器。2、主变压器的容量1）主变压器的容量应根据5至10年的发展规划进行选择，并考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。2）对装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足用电负荷的需要，按下式选择：SnKSM或SnKPM/cos式中，Sn变压器额定容量（kVA），SM， PM变电所最大负荷的视在功率和有功功率（kVA，kW），cos 负荷功率因子，K负荷同时率，取0.85。3）对装有两台变压器的变电所中，当一台断开时，另一台变压器的容量一般保证70%全部负荷的供电，但应保证用户的一级负荷和大部分二级负荷。每台变压器容量一般按下式选择：Sn0.7SM或Sn0.7PM/cos。3、主变压器的型式1）相数；2）绕组数与结构；3）绕组接线方式；4）主变调压方式；5）冷却方式；3.2. 计算、选择、校验1、总负荷计算根据负荷数据，近期6回出线，每回按4.5MW计，近期总负荷PM=64.5=27MW。2、主变压器台数、容量选择计算1）计算主变容量SM本期：SM=PMcos= 27/0.8=33.75MVA选择主变容量、台数a、SnKSM=0.8533.75=28.688MVAb、选两台主变压器，则每台主变容量SnKSM/2=14.34MVA。校验：按主变压器容量选择原则第3点，要求任一台主变Sn0.7SMS=0.733.75=23.625MVA，远期:SM=PMcos= 50/0.8=62.25MVA选择主变容量、台数a、SnKSM=0.8562.25MVAb、选两台主变压器，则每台主变容量SnKSM/2=26.563MVA。校验：按主变压器容量选择原则第3点,选远期，要求任一台主变Sn0.7SMS=0.762.5=47.75MVA，选择变压器SFZ9-50000/110变压器。结合系统对本变电所的技术要求，最终选择110kV变电所主变容量Sn=50MVA。故所选变压器容量满足要求。3、主变型式选择按任务书要求并查110kV变电站设计指导手册附录2-3。近期主变压器型式选择SFZ750000/110；列表如下：型号额定容量（kVA）额定电压（kV）空载电流（%）空载损耗(kW)负载损耗(kW)阻抗电压(%)连接组别高压低压SFZ7-31500/1105000011081.25%10.50.54714810.5YN,d114 电气主接线方案的确定4.1电气主接线设计的基本要求对电气主接线有以下几方面的基本要求：1、根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。2、具有运行、维护的灵活性和方便性。3、具有经济性：在满足技术要求的前提下，力求经济合理。4、具有将来发展和扩建的可能性。4.2 电气主接线设计方案的技术、经济比较与确定4.2.1 各级电压配电装置接线方式的拟定根据电气主接线设计的基本要求及设计基本原则来拟定各级电压配电装置接线方式。1、10kV电压母线接线方式1） 单母线接线 2） 单母线分段 3） 双母线接线2、110kV电压母线接线方式1） 单母线接线2） 单母线分段3） 一台半断路器3、主变台数为了保证供电可靠性，装设两台主变压器。4.2.2 110kV变电所可能采用的电气主接线方式如下：方案110kV单母线分段接线单母线一台半断路器接线多角形内桥接线10kV单母线分段单母线双母线接线单母线分段单母线分段110kV变电所主接线方案简图如下：方案: 方案： 方案的技术比较方案：110kV电压母线采用单母线分段接线，当一段母线发生故障时，分段断路器能自动把故障切除，保证正常段母线不间断供电和不至于造成用户停电。缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，接在该母线上的回路都要在检修期间停电。可以考虑采用此接线方式。10kV电压母线采用单母线分段接线，对重要用户可以从不同段母线引出两回路，有两个电源供电，增加了供电的可靠性。缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，接在该母线上的回路都要在检修期间停电。可以考虑采用此接线方式。方案：110KV采用单母线，10KV亦用单母线接线。优点是接线简单，操作方便，扩建方便，缺点是可靠性差，母线或是隔离开关检修或是故障时，所有回路都要停电运行，造成全厂长期停电。 方案：110KV侧采用一台半断路器交叉接线。优点是任何一台母线故障和检修，均不停电，任何一断路器故障检修，也不会引起停电。缺点是接线复杂，占地面积大。10KV侧采用双母线接线，优点是供电可靠，可以轮流检修一组母线而不至于造成供电中断，一组母线发生故障后，能迅速恢复供电，调度领会扩建方便 。方案：110KV侧采用多角形接线，优点是所以所用断路器比单母线分段还少一台，却具有双断路器双母线的可靠性，任何一台断路器检修时，只需断开两侧隔离开关，不会引起任何回路停电，没有母线，不会产生母线故障带来的影响，操作方便，任何一回路故障时，只需断开与它相连的二台断路器，不会影响其它回路工作。缺点是任何一台断路器端来，多角形就开环运行，且运行方式变化大，亦给电气设备的选择造成困难。10KV侧采用单母线分段。方案：110KV电压测采用内桥接线，内桥接线时在线路故障切除、投入时不会影响其它回路工作，而缺点是在变压器故障或切除，投入时，要使得相应线路短时停电，一般使用与线路较长，变压器不需要经常切换的地方，我们可以通过选择可靠性比较高的SF6变压器来解决这个问题。10kV处依旧选择单母线分段接线。结论：从上述分析比较确定两个技术较好方案：选择方案I和方案V，这两者皆接线简单，并且有一定的可靠性。4.3 方案的经济比较1、从电气设备数目及配电装置比较（因为10KV侧均采用单母线分段接线，所以这边比较以110KV侧主要设备投资为主。） 方案项目方案方案V10kV配电装置单母线分段单母线分段110kV配电装置单母线分段内桥接线主变台数22高压断路器110kV53高压隔离开关110kV66综合投资（万元）242.4156.62、计算综合投资Z=Z0(1+a/100)Z0主体设备投资，包括主变、高压断路器、高压隔离开关及配电装置综合投资等。a附加投资，110kV电压等级取90%。年运行费用U年运行费用U=aA+ U1 + U2a电能电价（0.08元/KW.H）A变压器电能损失；A=n(P0+KQ0)+1/n(P+ KQ)(S/SN)2tU1检修维护费，一般取（0.0220.042）Z，Z为综合投资额。U2折旧费，一般取（0.050.058）Z。I0（%）P0(kW)PK(kW)UK(%)0.547.76194.410.5Q0=I0%*50000=250KVA QK=UK%*50000=5250KVA K取0.1 Tmax=为4250h/年。方案Z0=2*600+5*22.2+1.6*60=242.4Z=242.4*(1+0.9)=460.56U1=0.03*460.56=13.82 U2=0.05*242.4=12.12 n=2 K=0.1A=*4250=117.71（万元）U=0.08*177.71+13.86+12.12=40.197(万元)方案VZ0=2*600+3*22.2+1.6*60=156.6Z=156.6*(1+0.9)=297.54U1=0.03*297.54=8.92 U2=0.05*156.6=7.83 n=2 K=0.1A=*4250=117.71（万元）U=0.08*177.71+8.92+7.83=30.967(万元)由此可见，设备投资省的运行投资也较深，故选择方案V，即110KV选择内桥接线，10KV选择单母线分段接线。确定方案V为最佳方案。4.4 最佳方案的确定 选择方案V，及110KV侧采用内桥接线，10KV侧采用单母线接线，这要不仅满足可靠性，而且比方案一经济。L1L210kv#4#6#5#3#2#1T1T2110kv 110kV变电所主接线图5所用电设计5.1 基本要求：1. 厂用电接线应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修维护方便。2. 尽量缩小厂用电系统的故障范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。3. 充分考虑发电厂正常、事故、检修、起动等运行方式下的供电要求，切换操作简便。4. 便于分期扩建或连续施工，对公用负荷的供电要结合远景规模统筹安排。5.2 设计原则：1. 变电站设计电压为380/220V。2. 母线接线方式A) 大型枢纽变电站采用单母线分段接线；B) 中小型变电站采用单母线接线。3. 60MVA及以上变电站应装设两台所用变压器5.3 所用变的确定5.3.1 所用电变压器确定1. 所用电变压器台数：2台2. 所用电变压器容量： （1）所用电率0.1%（2）所用变容量 ：SN=nSBN=250000KVA=100000 kVA（3）所用电负荷SJS1=0.1%*SN=0.1%100000=100kVA（4）SNSjs*0.7 SN=100*0.7=70KVA3. 所用电变压器的型式查110kV变电站设计指导附表2-8，选择干式变压器SC-315/10。变压器参数如下表型号额定容量（kVA）空载损耗（W）负载损耗（W）高压(kV)低压(V)阻抗电压(%)S9-M-80800.251.251040045.3.2 所用电接线方式：通过一个熔断器直接从母线上迎接，采用10KV/400的联接组别，中性点接地，两个变压器分别接在不同段母线上，互为备用5.3.3 所用电的电源1. 工作电源：保证变电站基本运行的电源2. 备用电源：用于工作电源因事故或是检修而失电时替代工作电源，起后备作用。6短路电流计算6.1 短路电流计算的条件1、因为系统电压等级较高，输电线截面较大，电阻较小，在计算短路电流过程中忽略R，计及X。2、计算短路电流时所用的接线方式，按可能发生最大短路电流的正常运行方式，而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。3、计算容量按无穷大系统容量进行计算。4、短路种类按三相短路进行计算。6.2 短路电流计算方法和步骤1、选择计算短路点； 短路计算点如下：d1110kV母线短路时的短路计算点d210kV母线并列时母线短路的计算点d310kV母分分列时母线短路的计算点2、画出等值网络图；1）选取基准容量Sb和基准电压Ub（kV）（一般取各级的平均电压），计算基准电流Ib= Sb/Ub（kA）。2）计算各组件换算为同一基准值的标么电抗。3）绘制等值网络图，并将各组件统一编号，分子标各组件编号，分母标各组件电抗标么值。3、化简等值网络图；1） 为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形的等值网络。2） 求出各电源与短路点之间的电抗Xjs。4、计算短路电流周期分量有名值；5、计算短路电流冲击值；6、绘制短路电流计算结果表。6.3三相短路电流计算1、电力系统与110kV变电所接线图110kVd-3d-2d-1L=4.8kMX=0.4Si=100MVA10kV400V短路电流计算，通常采用标幺值的近似计算。设取基准容量为100MVA，各级基准电压，则各级电流及阻抗的基准值计算如下：选=100MVA， （依此类推计算）3、网络中各组件阻抗标么值计算1、系统： （系统侧提供的短路电流为22.17kA）所以=100/（ ）=0.02372、线路：=4.80.400/1152=0.01453、110kV变压器： =10.5/100100/50=0.214、10kV变压器： =4/100100/0.08=504、绘制等值电路图5、化简等值电路并计算短路电流132Xjs11、d-1：1）、计算电抗标幺值：=0.5X2*+X1*=0.50.0145+0.0237=0.03095 2）、d-1点短路电流标幺值：=1/0.03095=32.31有名值：=32.31502=1622A 3）、短路冲击电流：=1.851622=4232A2、d-2：1）、计算电抗标幺值：=0.5X4*+0.5X2*+X1*=0.50.21+0.03095=0.136 2）、d-1点短路电流标幺值：=1/0.136=7.35有名值：=7.355498.57=40.4KA 3）、短路冲击电流：=1.8540414=105.73KA3、d-3： 1）、计算电抗标幺值：=X4*+0.5X2*+X1*=0.21+0.03095=0.241 2）、d-1点短路电流标幺值：=1/0.241=4.15有名值：=4.155498.57=22.82KA 3）、短路冲击电流：=1.8522.82=59.7KAs6、短路电流计算结果表:短路点编号基准电压Ub(kV)短路地点计算电抗Xjs(标么值)短路电流 冲击电流标么值I*”有名值I”(kA)标么值icj*有名值icj(kA)d-1115110kV母线0.0309532.311.6228.434.232d-210.510kV母线(母合位)0.1367.3540.419.23105.73d-310.510kV母线(母分位)0.2414.1522.8210.8659.77电气设备选择7.1 电气设备选择的一般条件7.1.1 按正常工作条件选择1、允许电压最高工作电压2、允许电流最高持续电流7.1.2 短路状态校验1、热稳定性：2、动稳定性：3、短路电流计算条件为使所选的导体或电器具有可靠性和合理性，作校验用的短路电流应按下列情况确定。1） 容量和接线；2）短路种类；3）计算短路点。4、短路计算时间热稳定短路计算时间tk等于继电保护动作时间tpr和相应断路器的开断时间tbr之和, tk= tpr+tbr断路器选择Imax=1.0550/(110)=826.7AUNUSN IN Imax 初选选择LW-110I/2500断路器断路器类型额定电压(KV)额定电流(A)额定开断电流(KA)极限通过电流峰值(KA)热稳定电流（4s）LW-110I/2500断路器10KV250031.512550额定开断电流INbr=31.5KAI”=16.22KAies=125KAish =43.58KA热稳定校验：tK=1.5+0.03+0.06=1.59s 取2sQk=16.222*2=526.2(KA2.s) 502*4=10000Qk隔离开关选择隔离开关类型额定电压(KV)额定电流（KA）极限通过电流（KA）热稳定电流（KA）改为GW-110/200011020008031.5（4s）ies=80KAish =43.58KA热稳定校验：tk=1.5+0.03+0.06=1.59s 取2s1Qk=16.222*2=526.2(KA2.s) 31.52*4=3969Qk110V母线选择因为是110KV，选择LGJImax= 选择截面积210mm270度说允许载流量为577A,80度时允许载流量为586A 满足IalImax对于无延时保护，传磁电磁保护装置一般为0.5s至0.6sSF6燃弧时间为0.02s至0.04s,ta取0.03s,开断时间为0.06s,tk=0.06+0.03+0.5=0.59s,取tk=1s热稳定校验Qk=16.222*1*106=263.2*106 由附表21知 C=87*103=186.4mm2210mm2 满足要求电压降校验型号rX(110kv)LGJ-210/350.150.405满足要求电晕校验lg m1取0.83 ，m2取1 ，取1 r=0.15 Dm=Ucr=49.3*1*0.83*0.15*1*lgUph=63.5kkv 因为63.5551A 满足热稳定校验Qk=16.222*1*106=263.2*106 由附表21知 C=87*103=186.4mm2210mm2 满足要求电压降校验型号rX(110kv)LGJ-400/500.0790.386满足要求电晕校验lg m1取0.83 ，m2取1 ，取1 r=0.15 Dm=Ucr=49.3*1*0.83*0.079*1*lg=122.5kVUph=63.5kkv 因为63.5122.5kv电流互感器电压互感器选择在每一段母线上配置一组电压，用于同期，测量仪表和保护装置，110KV侧选择电容式串级电压互感器 JCC2-110；进出线上为了同期和设置重合闸，会设置一台单相电压互感器，选择YDR-110，准确度等级分别为0.1/3P/6P为了满足测量和保护装置的需要，在变压器，出线，母线分段都要设电流互感器，为了防止电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常设在断路器出线处。选择型号为户外瓷箱式LCW-110(0.5)，LCWD-110(D1).1OKV侧开关柜选型类型个数柜号进线柜1228（改）出线柜（电缆出线）14002分段柜11012分段柜22053所有电柜207无功补偿柜2078母线设备柜243 其余电气设备型号参见图纸参考文献:1 范锡普主编发电厂电气部分. 北京：中国电力出版社，2004.2 戈东方主编220kv变电所设计规划. 北京：中国电力出版社，2000.3 傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算. 北京：中国电力出版社，2004.4 王士政，冯金光. 发电厂电气部分. 北京：中国水利水电出版社，2002.5 水利电力部西北设计院. 电力工程电气设计手册（一）、（二）、（三）. 北京：中国电力出版社，1989.6 莴静康. 供配电系统图集. 北京：中国电力出版社，2005.7 韦钢电力系统分析基础北京：中国电力出版社，2006.8 刘国亭电力工程CAD北京：中国水利水力出版社，2006.。15