发电厂电气部分课设-课程设计.doc

《发电厂电气部分》
课程设计

目录
第1章 概述 5
1.1 设计的依据． 5
1.2 电力系统概述 5
1.3 110kV变电所各级电压负荷情况分析． 6
1.4 110kV变电所的自然条件 6
第2章 电气主接线 7
2.1 电气主接线设计的基本要求 7
2.2 主变压器台数、容量、型式的选择 7
2.3 电气主接线设计方案的技术经济比较与确定 9
2.4 110kV变电所主接线图 15
第3章 所用电接线设计 16
3.1 所用电设计的要求及原则． 16
3.2 所用变的确定及所用变接线的选择 16
第4章 短路电流计算 19
4.1 短路电流计算的条件 19
4.2 短路电流计算方法和步骤 19
4.3 三相短路电流计算 20
第5章 电气设备选择 25
5.1 电气设备选择的一般条件 25
5.2 10kV配电装置电气设备选择 25．
5.3 110kV配电装置电气设备的选型 33
参考文献 41

第1章 概述

1．1设计的依据
1.1.1依据
根据设计任务书下达的任务和原始数据设计。
1.1.2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。

1.2电力系统概述

1.2.1本变电所与电力系统联系
#1 #2 #3 #4 #5 #6
10kV

110kV变电所
电力系统Xx=0.0451,Sj=100MVA

110kV
110kV变DDDIAN
1、接线图

2、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。由于原始数据未提供电力系统XX、Sj及110kV变电所接线路长度L。这里将XX取为0.0451, Sj取为100MVA;按供电半径不大于5kM要求,110kV线路长度定为4.8kM。
1.2.2 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Ⅱ类负荷。

1.3 110kV变电所各级电压负荷情况分析

1.3.1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。
1.3.2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，cosφ=0.8，年最大利用小时数Tmax=4250小时/年。
3、所用电率取0.1%。

1.4 110kV变电所的自然条件

1.4.1 水文条件
1、海拔80M
2、常年最高温度40.3℃
3、常年最低温度1.7℃
4、雷暴日数——62日/年
5、污秽等级为3级
1.4.2 所址地理位置与交通运输情况
地理位置不限制，交通便利。

第2章 电气主接线
2.1 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。

2.2 主变压器台数、容量、型式的选择
2.2.1 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：
Sn≥K∑SM或Sn≥K∑PM/cosφ

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），cosφ ——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：Sn≥0.7SM或Sn≥0.7PM/cosφ。
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；
2.2.2 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=6×4.5=27MW。
2、主变压器台数、容量选择计算
1）计算主变容量∑SM
∑SM=∑PM／cosφ= 27/0.8=33.75MVA
选择主变容量、台数
a、Sn≥K∑SM=0.85×33.75=28.688MVA
b、选两台主变压器，则每台主变容量Sn≥K∑SM/2=14.34MVA。查产品目录，选每台主变容量Sn=31.5MVA＞14.34MVA。
c、校验：
按主变压器容量选择原则第3点，要求任一台主变Sn＞0.7∑SM
S∑=0.7×33.75=23.625MVA，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=31.5MVA。
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SFZ7—31500/110±8×1.25%；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
SFZ7-31500/110
31500
110±8×1.25%
10.5
1.1
42.2
148
10.5
YN,d11

2.3 电气主接线设计方案的技术、经济比较与确定

2.3.1 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） 单母分段接线
2、110kV电压母线接线方式
1） 单母线接线
2） 单母分段接线
3） 桥式接线（因线路故障和操作的机会比变压器多，选用可靠性较好的内桥接线。）
3、主变台数
为了保证供电可靠性，装设两台主变压器。

2.3.2 110kV变电所可能采用的电气主接线方式如下：

方案
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
110kV
单母线接线
单母分段接线
单母分段接线
单母线接线
内桥接线
内桥接线
10kV
单母线接线
单母分段接线
单母线接线
单母分段接线
单母线接线
单母分段接线
主变
2台
2台
2台
2台
2台
2台
110kV变电所主接线方案简图如下：
图二（二）
图一（一）
#4
#6
#5
#3
#2
#1
110kv
10kv
T1
T2
L1
L2
ＦＤ
#4
#6
#5
#3
#2
#1
T1
T2
L1
L2
ＦＤ
110kv
10kv
方案Ⅰ: 方案Ⅱ：

图三（三）
10kv
ＦＤ
#4
#6
#5
#3
#2
#1
T1
T2
L1
L2
110kv
#4
#6
#5
#3
#2
#1
T1
T2
L1
L2
ＦＤ
110kv
10kv
图四（四）
方案Ⅲ： 方案Ⅳ：

＃1
L1
L2
图六（六）
10kv
ＦＤ
T1
T2
110kv
#4
#6
#5
#3
#2
L1
L2
图五（五）
10kv
ＦＤ
#4
#6
#5
#3
#2
#1
T1
T2
110kv
方案Ⅴ： 方案Ⅵ：

2.3.3 方案的技术比较
1、六种方案的技术比较
（略）
2、选用两台主变的优缺点
（略）
3、从上述分析比较确定两个较好方案：
（略）

2.3.4 方案的经济比较

1、从电气设备数目及配电装置比较

方案
项目
方案
方案
10kV配电装置

110kV配电装置

主变台数

高压断路器
110kV

10kV

高压隔离开关
110kV

10kV

综合投资（万元）

2、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%。
主体设备参考价格如下：
主变压器每台投资125万元
SF6断路器每台投资65万元
GW4-110隔离开关每台投资2.5万元
110kV单母分段投资559.73万元
内桥投资303万元
方案Ⅱ：
主体设备投资Z0=2×125+5×65+8×2.5+559.73=1154.73万元
综合投资Z= Z0(1+a/100)=1154.73(1+90/100)=2193.987万元
方案Ⅵ：
主体设备投资Z0=2×125+3×65+8×2.5+303=768万元
综合投资Z= Z0(1+a/100)=768(1+90/100)=1459.2万元

3、年运行费用U
年运行费用U=aΔA+ U1 + U2
a——电能电价
∆A——变压器电能损失
U1——检修维护费，一般取（0.022——0.042）Z，Z为综合投资额。
U2——折旧费，一般取（0.05——0.058）Z。
方案Ⅱ:U=a∆A+0.1Z=0.1×674.78+0.1×2197.987=286.88万元
方案Ⅵ: U=a∆A+0.1Z=0.1×674.78+0.1×1459.2=213.4万元

2.3.5 最佳方案的确定
从技术上讲，110kV电压母线主接线采用桥式接线，有一台变压器故障会影响到线路停电，但变压器故障的几率较小，从经济上分析采用桥式接线比采用单母分段接线减少了部分组件，减少了综合投资额。年运行费用也节省许多。故优先选用110kV母线接线为内桥接线。因此，Ⅵ方案为最佳方案即110kV母线采用内桥接线，10kV母线采用单母分段接线。

2.4 110kV变电所主接线图

2.4.1 110kV变电所电气主接线图
＃1

10kV
ＦＤ
T1
T2
110kV
#4
#6
#5
#3
#2

L1
L2

第3章 所用电设计

3.1 所用电设计的要求及原则
3.1.1 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。

3.1.2 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

3.2 所用变的确定

3.2.1 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）变容量 ：SN=n×SBN=2×31500KVA=63000 kVA
（3）所用电负荷SJS1=0.1%*∑SN=0.1%×63000=63kVA
（4）SN≥Sjs*0.7

3. 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(%)
SC-315/10
315
750
3300
10
400
6

3.2.2 所用电接线方式：
本变电站所用电母线采用单母线分段接线方式，平时分段运行。为了节省投资，所用变高压侧（10kV）采用高压熔断器作为保护。
3.2.3 所用电的电源
1. 工作电源
A) 为了满足供电可靠性，变电所设计两台站用变做为所用电工作电源。
B) 为更可靠保证所用电的不中断供电，所用电工作电源分别从10kVⅠ、Ⅱ段母线引接，供给接在380V各段母线上的负荷。
2. 备用电源方式： 两台所用电源互为备用，备用方式采用暗备用。

3.3 110kV变电所的所用电接线

110kV变电所的所用电接线特点:
110kV变电所所用电接线采用单母分段接线，平时分裂运行，以限制故障范围，对重要负荷可以从不同段引出两个回路供电，增加了供电的可靠性。

#1
10kV
#22
I母
Ⅱ母

第4章短路电流计算
4.1 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。

4.2 短路电流计算方法和步骤

4.2.1短路电流的计算步骤
1、选择计算短路点；
短路计算点如下：
d1—110kV母线短路时的短路计算点
d2—10kV母线并列时母线短路的计算点
d3—10kV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。

4.3三相短路电流计算
一、电力系统与110kV变电所接线图
110kV

d-3
d-2
d-1
L=4.8kM
X=0.4
Si=100MVA
X=0.0451
10kV
400V

二、基准值的计算
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，=115kV，=10.5kV，=0.4kV
（依此类推计算）

三、网络中各组件阻抗标么值计算
1、系统： =0.0451 (已知)
2、线路：=
3、主变压器：
4、所用变压器：

d-5
d-4
d-3
d-2
d-1
5

7

6

4

1
0.0451

3

2

四、绘制等值电路图

五、化简等值电路并计算短路电流

1
0.0451

3

2

Xjs1
1、d-1：

1）、计算电抗标幺值：=0.0451+0.0145/2=0.0523
2）、d-1点短路电流标幺值：=1/0.0523=19.12
有名值：=19.12×100/(×115)=9.6kA
3）、短路冲击电流：= kA

2、d-2：（略）

六、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-1
115
110kV母线

d-2
10.5
10kV母线(母合位)

d-3
10.5
10kV母线(母分位)

d-4
0.4
400V母线(母合位)

d-5
0.4
400V母线(母合位)

第5章电气设备选择
5.1 电气设备选择的一般条件
5.1.1 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

5.1.2 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

5．2 10kV配电装置电气设备选择

5.2.1 10kV主母线选型

5.2.2 主变压器低压侧支母线选型

5.2.3 10kV馈线电缆选型
1、按长期允许电流选择10kV馈线电缆
2、按长期允许电流校验
3、热稳定校验
4、电压降校验

5.2.4 10kV高压断路器选型
1、主变进线断路器的选型

2、10kV分段断路器的选型
3、10kV馈线断路器的选型

5.2.5 10kV高压隔离开关选型
1、主变进线隔离开关的选型
2、10kV分段隔离开关的选型
3、10kV馈线隔离开关的选型

5.2.6 其余电气设备型号参见图纸

5.3 110kV配电装置电气设备的选型

5.3.1 110kV软母线的选型
1、根据分析可知，110kV母线最大持续工作电流不超过两台主变的工作电流，故母线最大持续电流：

2、热稳定校验

3、电晕电压校验：
所选LGJF-240/30型母线外径Ф=21.6mm，大于LGJF-70/Ф20。故不进行电晕电压校验。
5.3.2 主变110kV侧支母线的选型

5.3.3 110kV进线的选型
1、按长期允许电流选择110kV进线

2、热稳定校验

3、电晕电压校验：

5.3.4 110kV高压断路器的选型
1、110kV进线断路器的选型
2、桥断路器的选型

5.3.5 110kV高压隔离开关的选型
1、主变110kV侧隔离开关的选型

2、110kv进线隔离开关的选型

3、110kV母分隔离开关的选型
5.3.6 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.

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