發(fā)電廠電氣部分課程設計--11010KV變電所電氣設計

1、110/10KV變電所電氣設計南京工程學院課程設計任務書 課 程 名 稱 電氣部分 院（系、部、中心） 康尼學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化(電力系統(tǒng)方向) 班 級 K電力092 起 止 日 期 2012.5.145.25 指 導 教 師 王健 1課程設計應達到的目的通過本次課程設計，對所學課程的知識進行強化，提高學生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、實物樣品等要求課程設計為期二周，工作量充足。成品提交的設

2、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1張：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，20072. 范錫普.發(fā)電廠電氣部分.北京：中國電力出版社, 20073. 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，20074. 35110kV變電所設計規(guī)范（GB 50059-1992）.北京：中國計劃出版社，19935. 導體和電器選擇設計技術規(guī)定（DLT 52222005）.北京：中國電力出版社，20056. 高壓配電裝置設計技術規(guī)程（DLT 5352-2006）. 北京：中國電力出版社，20075課程設計進度安排起

3、 止 日 期工 作 內(nèi) 容5.145.155.165.175.185.215.225.235.245.25發(fā)放設計任務書，介紹設計步驟。分析變電站地位、選擇主變、確定主接線和配電裝置分析確定所用電、進行互感器配置進行選擇設備和導體所必須的短路電流計算選擇斷路器、隔離開關選擇硬母線整理計算書整理說明書繪制主接線圖答辯考核、小結(jié)6成績考核辦法平時工作表現(xiàn)30，設計成品40，答辯測評30。教研室審查意見：教研室主任簽字： 年 月 日院（系、部、中心）意見：主管領導簽字： 年 月 日附錄一： 原始資料1. 變電所有關資料（110/10kV）變電所編號最大負荷（MW）功率因數(shù)（COS）負荷曲線重要負荷（

4、）AP10.9A or B65BP20.9A or B70CP30.9A or B55L1 km，L2 km，L3 km，L4 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)境溫度年最高溫度40，最熱月最高平均氣溫323. 變電所10kV側(cè)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：汽輪機 QFQ502，50MW COS=0.8，Xd=0.124T：變壓器SF740000/121±2×2.5

5、%Po = 46kW PK = 174kW Io% = 0.8 UK% = 10.5附圖二 典型日負荷曲線設計說明書一、對待設計變電所在電力系統(tǒng)中的地位，作用及電力用戶的分析：1.1、變電所在電力系統(tǒng)中的地位與作用：變電所是聯(lián)系發(fā)電廠和電力用戶的中間環(huán)節(jié)，起著電壓變換和分配電能的作用。根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位和作用不同，變電所可分為樞紐變電所、中間變電所、區(qū)域變電所和終端變電所。 樞紐變電所變電所位于電力系統(tǒng)的樞紐點，匯集有多個電源（發(fā)電廠或其他電力網(wǎng)），連接電力系統(tǒng)的高壓和中壓，電壓等級在330kV以上，負責向區(qū)域變電所和中間變電所供電。當其停電時，將引起電力系統(tǒng)解列甚至癱瘓。中間變電所

6、中間變電所位于樞紐變電所和區(qū)域變電所之間，使長距離輸電線路分段，其高壓側(cè)以交換潮流為主，起功率交換作用。它一般匯集23路電源，電壓等級在220330kV之間。除了通過功率外，它還降壓向當?shù)赜脩艄╇?，當其停電時將使區(qū)域電網(wǎng)解列。地區(qū)變電所地區(qū)變電所負責向某一地區(qū)城市供電，高壓側(cè)電壓等級一般為110kV或220kV，低壓側(cè)電壓等級一般為110 kV或35 kV。當該變電所停電時將使該地區(qū)的供電中斷。終端變電所終端變電所在輸電線路的終端，直接向電力用戶供電，高壓側(cè)電壓一般為110 kV。當全所停電時，只影響該變電所的供電用戶。由發(fā)電廠變電所地理位置圖可以得出，變電所B在整個供電網(wǎng)絡中的作用為樞紐變電

7、所。（、級負荷，保證不間斷供電：兩個獨立電源供電；：雙回路供電）1.2、對電力用戶的分析： 由任務書中，原始資料圖表可得：B變電所的重要負荷占總負荷70%，按其供電可靠性的要求，負荷被分為三個等級，其中等級一，等級二為重要負荷，要保證不間斷供電，通常，第一級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。第二等級要求雙回路供電，按照此規(guī)則，B變電所70%的負荷采用雙回路供電，30%負荷單回路供電。由Pmax=P2=28MW，每回10KV饋線功率為1.52MW，則28*0.7=19.6MW。重要負荷回路數(shù)：(19.6/2)*220(回

8、)非重要負荷回路數(shù)：（28-19.6）/25（回）回路數(shù)目：20+5=25（回）二、選擇待設計變壓器的臺數(shù)，容量，型式及所用電的確定：2.1、臺數(shù)的選擇：考慮到發(fā)展，主變壓器的容量應根據(jù)電力系統(tǒng)的規(guī)劃負荷來選擇，當一臺主變檢修和故障時，另一臺主變應保證60%70%的全部負荷，或重要的主要生產(chǎn)負荷，故B變電所的主變壓器臺數(shù)確定為2臺。2.2、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，并應按照其中一臺變壓器停運時，其余變壓器的滿足變電所最大負荷Smax的60%70%，即：S=60%Smax=（0.6*Pmax）/cos =0.7*28/0.9=18.67MW

9、=Smax,故選擇SN=16000KVA（偏小選擇，過負荷檢驗）SN/ Smax,=16000/18670=0.857過負荷系數(shù)：K1=0.877欠負荷系數(shù)：K2=1.091查圖可知，對應于K2允許的K2比實際算出的K1=0.877大，所以SN=16000KVA滿足正常過負荷。（選擇SFZ-16000/110）2.3、選擇主變壓器的形式：由于變電所所址選擇在郊區(qū)，不存在占地面積、周圍環(huán)境等影響，故主變選擇戶外型。在330KV以下變電所中，一般選用三相式變壓器。B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(cè)有直接聯(lián)系，要求

10、內(nèi)部絕緣性好，加強短路保護，調(diào)壓困難，相比之下，雙卷變壓器結(jié)構更簡單，運行方便，費用低，所以B選用雙卷變壓器。繞組接線組別的確定 變壓器的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(cè)均為“YN”，35KV以下電壓側(cè)一般為“0”，所以主變繞組的接線方式為“YN,d11”，綜上選擇2臺SFZ-16000/110。變壓器參數(shù)如下： 型號：SFZ-16000/110,總?cè)萘?6000KVA*2=32000KVA變壓器高壓側(cè)電壓為U1=110KV，其調(diào)壓范圍為-3*2.5%+3*2.5%變壓器低壓側(cè)電壓為U2=10.5KV，Pk=104KW，P0=86KW，I0%=1.2，Uk%=1

11、0.5，SFZ-16000/110型電力變壓器連接標號為YN,d11三、 分析確定高、低壓側(cè)主接線以及配電裝置型式：3.1、對電氣主接線的基本要求：根據(jù)系統(tǒng)和用戶的基本要求，保證必要的供電可靠性和電能質(zhì)量供電可靠性是電力生產(chǎn)和分配的首要要求，主接線首先應滿足這個要求。停電不僅是發(fā)電廠的損失，對國民經(jīng)濟各部門帶來的損失將更嚴重，甚至于導致人身傷亡、設備損壞、產(chǎn)品報廢、城市生活混亂等經(jīng)濟損失，也會造成不良的政治影響。在考慮主接線可靠性時，應全面地看待以下幾個問題：（1）主接線可靠性的客觀衡量標準是運行實踐，應重視國內(nèi)外長期運行的實踐積累經(jīng)驗及其可靠性的定性分析。（2）主接線的可靠性要包括一次部分和

12、相應組成的二次部分在運行中的可靠性的綜合。（3）可靠性并不是絕對的，同樣的主接線對某些系統(tǒng)和用戶來說是可靠的，而對另外一些系統(tǒng)和用戶來說可能就不夠可靠，因此，分析和估價主接線時，不能脫離系統(tǒng)和用戶的具體條件，要根據(jù)系統(tǒng)和用戶的具體要求，進行具體分析，以滿足必要的供電可靠性。（4）主接線的可靠性是發(fā)展的。隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，新型設備的投運，自動裝置和先進技術的使用，主接線的可靠性會發(fā)生改變，過去被認為不可靠的主接線，現(xiàn)在不一定就不可靠。（5）衡量主接線運行可靠性的評判標準是：a. 母線故障時或母線檢修時，停電范圍的大小和停電時間的長短，能否保證供電。b. 斷路器檢修時，停運出線回路數(shù)的多少和

13、停電時間的長短，能否保證供電。c. 發(fā)電廠、變電所全部停運的可能性。具有運行、維護的靈活性和方便性電氣主接線的靈活性要求有以下幾個方面：（1）調(diào)度靈活、操作簡便，應能靈活地投入（或切除）某些機組、變壓器或線路，調(diào)配電源和負荷，能滿足系統(tǒng)在事故、檢修及特殊運行方式下的調(diào)度要求。（2）檢修安全：應能方便地停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修而不影響電力網(wǎng)的正常運行及對用戶的供電。（3）擴建方便：應能容易地從初期過渡到最終接線，使在擴建過渡時，一次和二次設備等所需改造最少。經(jīng)濟性電氣主接線應在滿足供電可靠性、靈活性等技術要求的前提下，做到經(jīng)濟合理。（1）投資?。褐鹘泳€應簡單清晰，以節(jié)約斷路

14、器、隔離開關等一次設備的投資，要使控制、保護不過于復雜，以節(jié)省二次設備和控制電纜。要能限制短路電流，以便于選擇價廉電氣設備或輕型電器，做到投資省。（2）電能損失?。汉侠淼剡x擇主變壓器的種類、容量、臺數(shù)，避免兩次變壓而增加電能的損失。（3）占地面積?。弘姎庵鹘泳€選擇時要為配電裝置的布置創(chuàng)造條件，盡量使占地面積減少。在可能和允許的條件下，應采取一次設計分期投資、投產(chǎn)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟效益。電氣主接線具有發(fā)展和擴建的可能性 隨著我國建設事業(yè)的發(fā)展，已投產(chǎn)的發(fā)電廠和變電所，經(jīng)過一段時間之后，往往需要擴建。實踐經(jīng)驗表明，火電廠的裝機容量和出線回數(shù)都有發(fā)展可能。所以在設計主接線時應適當留有發(fā)展余地，為將來的發(fā)

15、展創(chuàng)造條件。3.2、高、低壓側(cè)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(jīng)濟運行起著決定性作用。本變電所110KV高壓側(cè)有5個回路進出線，采用單母線分段接線，10KV低壓側(cè)的接線根據(jù)負荷的重要性分為兩類： 重要負荷：n=(0.7*28)/0.9/(1.52.0)=10.8914.52 非重要負荷：n=(0.3*28)/0.9/(1.52.0)=4.6776.2223.3、單母分段及橋形接線的優(yōu)缺點、適用范圍：單母分段單母

16、線接線的缺點可以通過將母線分段的方法來克服。由于單母線分段接線既保留了單母線接線本身的簡單、經(jīng)濟、方便等基本優(yōu)點，又在一定程度上克服了它的缺點。故這種接線目前仍被廣泛應用。單母線分段接線適用范圍：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；但是單母線分段接線也有較顯著的缺點，這就是當一段母線或母線隔離開關發(fā)生故障或檢修時，各段母線上所連接的全部引線都要在檢修期間停電，顯然對于大容量發(fā)電廠和樞紐變電所來說，這都是不能容許的。橋形接線兩個變壓器線路單元接線相連，便構成橋形接線。橋形接

17、線分為內(nèi)橋接線和外橋接線兩種。橋形接線的優(yōu)點是高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需要三臺斷路器。橋形接線的可靠性不是很高，有時也需要用隔離開關作為操作電器，但由于使用電器少，布置簡單，造價低，目前在35 220kV的發(fā)電廠和變電所中也被廣泛應用。此外，只要在配電裝置的布置上采用適當措施，這種接線有可能發(fā)展成單母線或雙母線，因此，可利用作電力裝置初期的一種過渡接線。3.4、本所接線方式的選擇：多數(shù)情形中，分段數(shù)與電源數(shù)相同，故對B變電所中10KV低壓側(cè)的接線方式按規(guī)程要求，采用單母線雙分段接線方式，對重要負荷回路，均以雙回路方式供電，保證供電可靠性，考慮到減小配電裝置的占地面積和占用面積，消除爆炸的隱

18、患，以及環(huán)境保護的要求，主接線不采用帶旁路接線。3.5、配電裝置型式的確定：配電裝置的整個結(jié)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(nóng)村的110KV配電采用中性布置，10KV采用室內(nèi)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； 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：按GB5005

19、9-199235110KV，容量為110KV的變電所的總負荷為150200KVA，35110KV變電所，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(nèi)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B變電所為110/10（KV）時，應當從10KV側(cè)引線，這種引接方式具有經(jīng)濟性，可靠性較高的特點。選擇的原則及考慮的因素：變壓器原、副邊分別與引接點和所用電系統(tǒng)的額定電壓相適應；聯(lián)結(jié)組別宜使用同一電壓級別的所用工作，備用變壓器輸出電壓的相位一致；阻抗電壓及調(diào)壓型式的選擇，宜使在引接點、電壓及所用電負荷正常波動范圍內(nèi)，所用各級母線的

20、電壓偏移不超過額定電壓的-5%+5%；變壓器的容量必須保證所用機械及設備能以電源獲得足夠的功率，所以不能過載容量必須大于150KV。五、進行互感器配置：5.1、電壓互感器的配置：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；主變壓器回路：主變壓器回路中，一般低壓側(cè)裝一組電壓互感器，使發(fā)電廠與系統(tǒng)的低壓側(cè)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(cè)同步，或利用6-10KV備用母線同步時，這組互感器可不裝設。線路：當對端有電源時，在出線側(cè)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，35220KV線路在一相上裝設；30

21、0500KV線路在三相上裝設。5.2、電流互感器：電流互感器的配置原則：每條支路的電源都應裝設足夠數(shù)量的電流互感器，供支路測量、保護使用。特點：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。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，B變電所電流互感器的具體配置：a）110KV進線，外橋及主變高壓、低壓側(cè)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，配置兩相流變，所選電流互感器確定：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

22、的短路電流計算：6.1、短路計算的一般規(guī)定：計算的基本情況：電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行；所有同步發(fā)電機都具有自動調(diào)整勵磁裝置；短路發(fā)生在短路電流為最大值瞬間；所有電源的電動勢相位角相同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。計算容量：應按工程設計的最經(jīng)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。接線方式：計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。短路種類：按三相短路計算。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。短路電流的計算：1， 主接線

23、后備保護動作時間tpr10KV出線：1s 10KV分段：1.5s 主變低壓側(cè)：2s主變高壓側(cè)：2.5s 110KV分段：3s 110V進線：3.5s2， 短路電流計算條件：（1） 忽略電阻，僅計電抗，110KV饋線，電抗x=0.4/km計；（2） 選擇通過導體或電器的Ik為最大短路點及運行方式；（3） 每個短路點計算均為需校驗導體或電器所需的三個短路電流；（4） 短路計算電路圖：3,短路點計算：短路點持續(xù)時間用途K1主變:2.0+0.1=2.1B所主變高壓側(cè)電器K2出線:1.0+0.1=1.1B所10KV出線外4,短路計算結(jié)果：短路點K12.14.914.764.8712.5048.02K21

24、.110.7910.4510.6627.47121.19七、選擇變電所高、低壓側(cè)及10KV饋線的斷路器、隔離開關：7.1、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(jié)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。選擇的基本要求：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；在跳閘狀態(tài)下應具有良好的絕緣；應有足夠的短路能力和盡可能短的分段時間；應有盡可能長的機械壽命和電氣壽命，并要求結(jié)構簡單，體積小，重量輕，安裝維護方便。a) 選擇的基本條件：（1） 型式：高壓側(cè)（110KV）：戶外SF6斷路器 低壓側(cè)（10KV）：戶內(nèi)真空斷路器（

25、2） 額定電壓：UNUNs （工作電壓）（3） 額定電流：INImax（最大持續(xù)工作電流）（4） 額定開斷電流：INbrIt（5） 額定關合電流：INclish（6） 動穩(wěn)定校驗：iesish（7） 熱穩(wěn)定校驗：It*It*tQkb) 斷路器選擇的結(jié)果：斷路器設備型號技術參數(shù)高壓側(cè)SW4-110110100018.455217.2、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。選擇的基本要求：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；隔離開關斷開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