电气综合项目工程基础专业课程设计方案报告华科电气.doc

课程设计阐明书设计题目 110kV变电站电气系统初步设计 电气 学院 电气工程及其自动化 专业 班学 生 姓 名： 学 号： 完 成 日 期： 指引教师（签字）： 华 中 科 技 大 学对阐明书基本规定及注意事项1. 阐明书编号内容参看课程设计指引书中关于某些。2. 为清晰阐明设计计算内容，应有必要插图。3. 除插图可用铅笔绘制外，计算和阐明一律用钢笔书写，并规定计算对的、完整、文字简要扼要、简介。（打印一律用黑色）4. 设计过程中所应用公式和数据，应注明来源（参照资料代号、页次以及图表编号等）。5. 依照计算稿本整顿设计重要过程时，只须一方面列出文字符号表达计算公式，然后依次代入各相应文字符号数值，就直接写出计算成果（不作任何运算和简化，但计算成果必要注明单位）。6. 设计中所选重要参数，尺寸或规格以及重要计算成果等，均应写入右侧成果栏中，有也可采用表格形式列出。7. 对重要计算成果应用简短结论。如计算成果与实际取值相差较大时，应作简短解释，并阐明其因素。8. 对每一自成单元内容，都应有大小标题和先后一致顺序编号，使其醒目突出。9. 封面所列“设计题目”一栏，只须填写所设计详细名称即可。关于模板阐明：前面两页必要打在同一页，即双面打印，背面内容单面打印。目录110kV 变电所电气系统设计阐明书 . 3 一、概述 . 3 1. 设计目 . 3 2. 设计内容 . 3 3. 设计规定 . 3 二、设计基本资料 . 4 1. 待建变电站建设规模 . 4 2. 电力系统与待建变电站连接状况 . 4 3. 待建变电站负荷 . 4 4. 环境条件 . 4 5. 其他 . 4 三、主变压器及主接线设计. 5 1. 各电压级别共计负载及类型 . 5 2. 主变压器选取 . 5 四、短路电流计算 . 9 1. 基准值选用 . 9 2. 各元件参数标幺值计算 . 10 3. 用于设备选取短路电流计算 . 10 五、电气设备选取 . 12 1. 电气设备选取普通条件 . 12 2. 各回路工作电流计算 . 13 3. 断路器和隔离开关选取 . 14 4. 导线选取 . 20 5. 限流电抗器选取 . 22 6. 电压互感器选取 . 23 7. 电流互感器选取 . 24 8. 高压熔断器选取 . 26 9. 支持绝缘子和穿墙套管选取 . 26 10. 消弧线圈选取 . 27 11. 避雷器选取 . 27 六、课程设计体会及建议 . 29 参照文献 . 29 附录 . 30 短路电流计算书 . 30 附图：110kV 变电所电气主接线图（#2 图纸） . 33 第 页设 计 计 算 与 说 明重要成果一、 概述1 设计目（1）复习和巩固电气工程基本课程所学知识（2）培养分析问题和解决问题能力（3）学习和掌握变电所电气某些设计基本原理和设计办法2 设计内容本设计只做电气某些初步设计，不作施工设计和土建设计（1） 主变压器选取：依照负荷选取主变压器容量、型式、电压级别（2） 电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性（3） 短路电流计算：不同运营方式（大、小、主）、短路点与短路类型（4） 重要电气设备选取：断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈、避雷器等（5） 绘制电气主接线图3 设计规定（1）制定任务书（2）拟定变压站各电压级别共计负荷及负荷类型（3）选取主变压器，拟定型号、相数、容量比等拟定电压级别；各侧总负荷；选取台数、容量；校验近、远期变压器负荷率，若不满足规程规定，应采用办法；校验事故状况下变压器过载能力；接地方式。最后必要拟定主变压器：型号、相数、容量比、电压比、接线组别、短路阻抗等（4）电气主接线设计对每一种电压级别，拟定23各主接线方案，先进行技术比较，初步拟定2-3个较好方案，再进行经济比较，选出一种最后方案。（5）短路电流计算电力系统侧按无限大容量系统供电解决；用于设备选取时，按变电所最后规模考虑；用于保护整定计算时，按本期工程考虑；举例列出某点短路电流详细计算过程，列表给出各点短路电流计算成果Sk、I”、I、Ish、Teq（别的点详细计算过程在附录中列出）。（6） 电气设备选取每类设备举例列出一种设备详细选取过程，列表对比给出选出所有设备参数及使用条件。二、 设计基本资料1 待建变电站建设规模 变电站类型： 110 kV降压变电站 三个电压级别： 110 kV、35 kV、10 kV 110 kV：近期进线2回，出线1 回；远期进线1回，出线1回 35 kV：近期4回； 远期2回 10 kV：近期6回；远期2回2 电力系统与待建变电站连接状况 变电站在系统中地位：终端 变电站 变电站仅采用 110 kV电压与电力系统相连，为变电站电源 电力系统至本变电站高压母线标么电抗（Sd=100MVA）为：最大运营方式时 0.30 ；最小运营方式时 0.40 ；主运营方式时 0.35 上级变电站后备保护动作时间为 3 s3 待建变电站负荷 110 kV出线：负荷每回容量 1kVA，cosj0.9，Tmax 5000 h 35 kV负荷每回容量 4000kVA，cosj0.85，Tmax 4000 h；其中，一类负荷1回；二类负荷2回 低压负荷每回容量 1425 kW，cosj0.95，Tmax 4000 h；其中，一类负荷2回；二类负荷2回 负荷同步率 0.9 4 环境条件 本地年最高气温400C，年最低气温-200C，最热月平均最高气温350C，年最低气温-50C 本地海拔高度：600m 雷暴日： 10日/年5 其她 变电站地理位置：城郊，距城区约10km 变电站供电范畴： 110 kV线路：最长100 km，最短50 km； 35 kV线路：最长60 km，最短20 km； 10 kV低压馈线：最长30km，最短10km； 未尽事宜按照设计常规假设。 第 页设 计 计 算 与 说 明重要成果三 主变压器选取1 电压级别待建变电所电压级别为110kV/35kV/10kV。2 各侧总负荷110kV近期负荷：S110=1*1*0.9=10800kVA35kV近期负荷：S35=4000*4*0.9=14400kVA10kV近期负荷：S10=1425/0.95*6*0.9=8100kVA近期总负荷：S近=10800+14400+8100=33300kVA110kV远期负荷：S110=1*1*0.9=10800kVA35kV远期负荷：S35=4000*2*0.9=7200kVA10kV远期负荷：S10=1425/0.95*2*0.9=2700kVA远期总负荷：S=10800+7200+2700=20700kVA总负荷：S总=33300+20700=54000kVA其中重要负荷，即一、二类负荷：S重要=4000*3*0.9+1425/0.95*4*0.9=16200kVA3 选取台数、容量拟定原则：大中型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台；按变电所建成后5规划负荷选取，并恰当考虑远期10负荷发展；对重要变电所，应考虑一台主变停运，别的变压器在计及过负荷能力及容许时间内，满足I、II类负荷供电；如果有两台变压器，每台容量应能满足所有供电负荷60%70%，即33000*（60%70%）=1980023100kVA。 依照以上原则，一期工程选取2台0kVA主变压器，二期工程增长1台0kVA主变压器。4 校验变压器负荷率近期变压器负荷率：33300/(0*2)*100%=83.25%远期变压器负荷率：54000/(0*3)*100%=90% 近期、远期皆留有一定裕度，且运用率较高，经济性较好。5 校验事故状况下过载能力近期一台主变压器停运,别的变压器肩负所有负荷70%时，过载率：33300/0*70%=116.55%此时肩负重要负荷：16200/0*100%=81%远期一台主变压器停运,别的变压器肩负所有负荷70%时，过载率：54000/（0*2）*70%=94.5%6 接地方式国内 110kV 及以上电压变压器绕组都采用 Y 连接；35kV 采用 Y 连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV 如下电压变压器绕组都采用连接。7 变压器最后拟定变压器各侧负荷比例：110kV侧：108001/2 SN35kV侧：144001/2 SN10kV侧：81001/2 SN故容量比为100/100/50。每侧绕组通过容量都达到额定容量15%及以上，因此采用三相三绕组变压器。而 有载调压较 容易稳定电压 ，减少电 压波动所 以选取有载调压方式，且规程上规定对电力系统普通规定 10KV 及如下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三相三绕组变压器。综上所述，拟选取主变压器型号为SFSL7-0/110三相三绕组电力变压器，一期2台。二期增长1台。其参数如下：型号：SFSL7-0/110相数：三相容量比：100/100/50电压比：110/35/10.5接线组别：YN，yn0，d11 短路阻抗：Uk(1-2)=10.5%;Uk(1-3)=18%;Uk(2-3)=6.5%四 电气主接线设计设计原则：依照国标GB50059-92 35110kV 变电所设计规范，变电所主接线，应依照变电 所在电力 网中地 位、出线回 路数、设备 特点及负 载性质等条 件拟定。并应满 足供电可 靠、运营 灵活、操作 检修以便、节约投资 和便于扩建 等规定。 35110kV 线路为两回及如下时，宜采用桥型、线路变压器组或线路分 支接线， 超过两回 时，宜采用 扩大桥型接 线、单母 线或分段单 母线接线。110kV 线路为 6 回以上时，宜采用双母线接线。 220kV及如下，当进出线回路多，输送功率打，可采用有母线接线形式。无母线接线，通惯用于进出线回路少且不在扩建状况。依照国标，当变电所有两台主变压器时，610kV 侧宜采用分段单母线。线路为 12 回及以上时，亦可采用双母线。当不容许听见检修断路器时，可设立旁路设施。当 635kV 配电装置采用手车式 高压开关柜时，不适当设立旁路设施。采用单母和双母接线110kV220kV电压级别，若断路器停电检修时间较长，普通应设立旁路母线。35kV如下电压，由于供电距离不远，对重要顾客可采用双回线路；若单母分段，也可设立不带专用断路器旁路母线接线。（1）110kV侧其近期进线2回，出线1 回；远期进线1回，出线1回，综上原则。比较好方案有：方案一：单母线分段接线其特点：技术方面：简朴清晰，设备较少；可靠性较差，灵活性较差；母线分段减少了故障或检修时停电范畴。 经济方面：设备较少，投资较小方案二：单母线分段带旁母接线其特点：技术方面：可靠性较高，灵活性较好；检修断路器时不用停电；倒闸操作较复杂，容易误操作 经济方面：占地较大，投资较多综合考 虑，单 母线分段 带旁母 方案 虽然在 供电可 靠性上 显得更满 足负荷规定，但 占地大， 投资多。 相反，待建 变电所在110kV侧近期和远 期负荷 率都不高， 用 双倍投 资换取略 高可靠性 是不划算 。另一方 面，各种 新型断路器浮现 和成功运 行表白， 断路器检 修问题可以 不用复杂 旁路设施 来解决，而用备 用断路 器来代替 需要检修 断路器。且代替断 路器办法相称轻便，不会对负荷导致较大影响。 综上，110kV 侧选用单母线分段接线。 （2）35kV侧其近期4回； 远期2回，综合设计原则，较好方案有：方案一：单母线分段带旁母接线其特点：技术方面：简朴清晰，操作以便；可靠性较差，未接旁母回路检修时仍需停电；母线分段减少了故障或检修时停电范畴。 经济方面：用母线分段断路器兼做旁路短路器节约投资；设备较少，占地小方案二：双母线接线其特点：技术方面：可靠性高，调度灵活；易于扩建为大中型变电所；线路复杂，容易误操作 经济方面：投资多，配电装置复杂。综合以上 分析，虽然 双母线接 线方案 具备供电更 可靠，调 度更灵活 ，又便于扩建 长处，但 经常还需 采用在断路 器和相应 隔离开关 之间加装电 磁闭锁、机械闭 锁或电脑 闭锁等防 止误操作 安全办法， 大大增长 了投资， 只在国内大中型发电厂和变电站中广泛使用。对于待建 110kV 变 电站，在满足重要负荷供电需求同步应考虑投资经济性。 综上，35kV 侧选用单母线分段带旁母接线。 （3）10kV侧其近期6回；远期2回，综合设计原则，较好方案有：方案一：单母线分段接线其特点：技术方面：简朴清晰，设备较少；可靠性较差，灵活性较差；母线分段较少了故障或检修时停电范畴。 经济方面：设备少，投资小。方案二：单母线分段带旁母接线其特点：技术方面：可靠性较高，检修断路器时不用停电，容易误操作。 经济方面：占地大，投资多。由以上 分析可 知，采用 手车式 高压开 关柜时 ，可不 设立旁 路设施， 对供电可靠性影响不大。折中考虑可靠性和经济性，10kV 侧采用单母线分段接线。 第 页设 计 计 算 与 说 明重要成果五 短路电流计算系统按无穷大系统解决，普通基准容量取100MVA。用于设备选取时，按最后规模考虑。用于继电保护整定，按一期工程考虑。1选取基准值基准电压：Ud1115KV，Ud237KV，Ud310.5KV。基准容量：Sd100MVA。则基准电流Id1=Sd/（ Ud1）=0.5KA，Id2=Sd/（ Ud2）=1.56KA ， Id3=Sd/（ Ud3）=5.5KA。2拟定系统电抗标幺值计算最大运营方式下：0.30最小运营方式下：0.40主运营方式下：0.353变压器绕组电抗标幺值X1%=0.5（Uk1-2%+ Uk1-3%Uk2-3%）11%，X2%=0.5（Uk1-2%+ Uk2-3%Uk1-3%）0，X3%=0.5（Uk1-3%+ Uk2-3%Uk1-2%）7%，三侧电抗标幺值：X*=11%*100/20=0.55X*=0X*=7%*100/20=0.35 第 页设 计 计 算 与 说 明重要成果六 电气设备选取电气设备应能满足正常、短路、过电压和特定条件下安全可靠而规定，并力求技术先进和经济合理。普通电气设备选取分三步，第一按正常工作条件选取，第二按短路状况检查其热稳定性和电动力作用下动稳定性，第三按实际条件修正。同步兼顾此后发展，选用性能价格比高，运营经验丰富、技术成熟设备，尽量减少选用设备类型，以减少备品备件，也有助于运营、检修等工作。设备选取原则：设备型号应符合使用环境和安装条件规定；设备规格、参数按正常工作条件选取，并按照最大短路电流进行效验。1 按正常工作条件选取电器额定电压：UN UNS额定电流：IN Imax2按短路状况检查热稳定校验：It2t Qk动稳定校验：ies ish各侧持续工作电流计算：主变压器110kV侧：I1=1.05*0/(31/2*110)=110.2A主变压器35kV侧：I2=1.05*0/(31/2*35)=346.4A主变压器10kV侧：I3=1.05*10000/(31/2*10.5)=577.4A110kV进线：I7=18000/(31/2*110)=94.5A110kV出线：I6=1/(31/2*110)=63.0A35kV出线：I5=4000/(31/2*35)=66.0A10kV出线：I4=1425/(31/2*10.5*0.95)=82.5A110kV母线分段开关按110kV侧负荷60%算：60%*54000/(31/2*110)=170.0A35kV母线分段开关按35kV侧负荷60%算：60%*21600/(31/2*35)=213.8A10kV母线分段开关按10kV侧负荷60%算：60%*10800/(31/2*10.5)=356.3A 第 页设 计 计 算 与 说 明重要成果3. 断路器和隔离开关选取高压断路器在高压回路中起着控制和保护作用，是高压电路中最重要电器设备。待建变电站在选取断路器过程中，尽量采用同一型号断路器，以减少备用件种类，以便设备运营和检修。考虑到可靠性和经济性，以便运营维护和实现变电站设备无由化目的，且由于SF6 断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前程断路器。故在110KV 侧采用六氟化硫断路器。真空断路器具备噪音小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精准、动作快、适于开断容性负荷电流等特点，因而被大量使用于35KV 及如下电压级别中。因此，35KV 侧和10KV 侧采用真空断路器。隔离开关是高压开关设备一种，它重要是用来隔离电源，进行倒闸操作，还可以拉、合小电流电路。选取隔离开关时应满足如下基本规定：1. 隔离开关分开后应具备明显断开点，易于鉴别设备与否与电网隔开。2. 隔离开关应具备足够热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。3. 隔离开关在跳、合闸时同期性要好，要有最佳跳、合闸速度，以尽量减少操作时过电压。热稳定期间选取：类别继电保护时间/s断路器分闸时间/s灭弧时间/s热效应等效时间/s110kV进线3.00.10.053.15主变110kV侧2.50.10.052.65主变35kV侧2.00.10.052.15主变10kV侧1.50.20.051.75110kV出线1.00.10.051.1535kV出线1.00.10.051.1510kV出线0.50.20.050.75以主变110侧为例：选取SW3-110G/1200型断路器(1)额定电压：UN UNS选取断路器额定电压110kV，等于主变110kV侧电压110kV，符合规定(2)按额定电流选取：INImax选取断路器额定电流为1200A，不不大于主变110kV侧电流110.2A，符合规定第 页设 计 计 算 与 说 明重要成果(3)额定开断电流：INbrI”选取断路器额定开断电流为15.8KA，不不大于主变110kV侧短路全电流1.67KA，符合规定(4)热稳定校验：It2t Qk所选断路器热稳定为15.82*4 KA2*s，不不大于主变110kV侧热效应1.672*2.65 KA2*s，符合规定(5)动稳定校验：ies ish所选断路器额定动稳定电流为41KA，不不大于主变110kV侧短路冲击电流4.24KA，符合规定选取GW4-110/600型隔离开关：(1)额定电压：UN UNS选取隔离开关额定电压110kV，等于主变110kV侧电压110kV，符合规定(2)按额定电流选取：INImax选取隔离开关额定电流为600A，不不大于主变110kV侧电流110.2A，符合规定(3)热稳定校验：It2t Qk所选隔离开关热稳定为142*5 KA2*s，不不大于主变110kV侧热效应1.672*2.65 KA2*s，符合规定(4)动稳定校验：ies ish所选隔离开关额定动稳定电流为50KA，不不大于主变110kV侧短路冲击电流4.24KA,符合规定综上可列表，变压器110kV侧断路器和隔离开关：设备型号SW3-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110KV110KV110KV110KV额定电流1200A110.2A600A110.2A额定开断电流15.8KA1.67KA热稳定/KA2*s15.82*4 1.672*2.65142*51.672*2.65动稳定41KA4.24KA50KA4.24KA操动机构CD5-XGCS-14 第 页设 计 计 算 与 说 明重要成果其她某些也按照以上办法校验，所选取设备如下：110KV进线断路器和隔离开关：设备型号SW3-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110KV110KV110KV110KV额定电流1200A94.5A600A94.5A额定开断电流15.8KA1.67KA热稳定/KA2*s15.82*4 1.672*3.15142*51.672*3.15动稳定41KA4.24KA50KA4.24KA操动机构CD5-XGCS-14110KV出线断路器和隔离开关：设备型号SW3-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110KV110KV110KV110KV额定电流1200A63.0A600A63.0A额定开断电流15.8KA1.67KA热稳定/KA2*s15.82*4 1.672*1.15142*51.672*1.15动稳定41KA4.24KA50KA4.24KA操动机构CD5-XGCS-14110KV分段断路器和隔离开关：设备型号SW3-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110KV110KV110KV110KV额定电流1200A170.0A600A170.0A额定开断电流15.8KA1.67KA热稳定/KA2*s15.82*4 1.672*2.65142*51.672*2.65动稳定41KA4.24KA50KA4.24KA操动机构CD5-XGCS-14变压器35kV侧断路器和隔离开关：设备型号SW3-35G/600型断路器GW2-35/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35KV35KV35KV35KV额定电流600A346.4A600A346.4A额定开断电流6.6KA3.23KA热稳定/KA2*s6.62*4 3.232*2.15142*53.232*2.15动稳定17KA8.22KA50KA8.22KA操动机构CD3-XGCS8-3 第 页设 计 计 算 与 说 明重要成果35kV出线断路器和隔离开关：设备型号SW3-35G/600型断路器GW2-35/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35KV35KV35KV35KV额定电流600A66.0A600A66.0A额定开断电流6.6KA3.23KA热稳定/KA2*s6.62*4 3.232*1.15142*53.232*1.15动稳定17KA8.22KA50KA8.22KA操动机构CD3-XGCS8-335KV分段断路器和隔离开关：设备型号SW3-35G/600型断路器GW2-35/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35KV35KV35KV35KV额定电流600A213.8A600A213.8A额定开断电流6.6KA3.23KA热稳定/KA2*s6.62*4 3.232*2.15142*53.232*2.15动稳定17KA8.22KA50KA8.22KA操动机构CD3-XGCS8-3变压器10kV侧高压开关柜：设备型号GG-1A（F1）型开关柜，断路器SN10-10项目设备参数使用条件额定电压10KV10KV额定电流1000A577.4A额定开断电流28.9KA9.17KA热稳定292*4 KA2*s9.172*1.75KA2*s动稳定71KA23.33KA操动机构CD-1010kV出线高压开关柜：设备型号GG-1A（F1）型开关柜，断路器SN10-10项目设备参数使用条件额定电压10KV10KV额定电流1000A82.5A额定开断电流28.9KA9.17KA热稳定292*4 KA2*s9.172*0.75KA2*s动稳定71KA23.33KA操动机构CD-10 第 页设 计 计 算 与 说 明重要成果10KV分段断路器和隔离开关：设备型号SN8-10G/600型断路器GN2-10/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压10KV10KV10KV10KV额定电流600A356.3A600A346.4A额定开断电流11.6KA9.17KA热稳定/KA2*s11.62*4 9.172*1.75142*59.172*1.75动稳定33KA23.33KA50KA23.33KA操动机构CD3-XGCS6-1T