发电厂电气部分课程设计--降压变电所设计

1、« £ 咅吕发电厂电气部分课程设计降压变电所设计学 院：机电工程学院 专 业：姓 名：班 级：指导教师：设计完成日期：2013年8月15日一. 课程设计的目的和要求 1（一）.课程设计的目的 1（二）.课程设计的任务要求 1（三）设计成果 1二. 原始资料分析 1（一）. 一次系统接线图 2（二）.负荷情况 2（三）.所址位置 4（四）.气象条件 4三. 主接线的设计 4（一）.主接线的设计原则和要求 4（二）.电气主接线的设计原则 5（三）.电气主接线的主要要求 5（四）.主接线方案的选择 5（五）.主接线图 7（六）.变压器的选择 7四. 短路电流计算 10（一）.各处

2、短路电流的计算 10（二）.断路器和隔离开关的选择 14（三）.母线的选择 15（四）.电流、电压互感器的选择 17五. 断路器控制回路的设计 20五参考文献 22一. 课程设计的目的和要求（一）.课程设计的目的发电厂电气部分课程设计是在学习电力系统基础课程后的一次综合性训练， 通过课程设计实践达到： 巩固“发电厂电气部分”、“电力系统分析”课程的理论知识。 熟悉国家能源开发策略和有关技术规范、规定、导则等。 掌握发电厂（或变电所）电气部分设计的基本方法和内容。 学习工程设计说明书的撰写。 培养学生独立分析问题、解决问题的工作能力和实际工程设计的基本技 能。（二）.课程设计的任务要求 对任务书

3、原始资料进行分析，画出主接线框图； 草拟主接线方案并进行方案比较。 拟定的方案应保证供电可靠、技术先进具有可行性、满足技术要求，又必 须经济实用。 选择短路点，进行短路电流计算。 选择主要的电器设备（断路器、隔离开关、母线、互感器等）。（三）.设计成果 完成主接线图一张。 设计说明书一份。二. 原始资料分析110/35/10降压变电所电气部分设计：根据电网规划和地区电力负荷发展的需要，决定在某地区新建一座110KV降压变电所，以缓解地区用电的紧张局面，同时提高系统运行的可靠性。（一）.一次系统接线图（二）.负荷情况该变电所有110/35/10三种电压等级，35KV 10KV侧负荷情况见下表，负

4、 荷的同时率均为0.85，年增长率为12%最大负荷利用小时数均为5500h.2.2.1 35KV 侧表1序号负荷名称最大负荷(KW)功率因数线路长度(Km回路数供电方式1变电所一48000.80252架空2变电所二50000.80401架空3变电所三50000.85302架空4变电所四48000.85301架空5变电所五80000.80402架空6变电所六80000.80502架空222 10KV 侧表2序号负荷名称最大负荷(KW功率因数线路长度(Km回路数供电方式1电院15000.80102架空2普明村30000.85152架空3西湖公园15000.85151架空4医院15000.80102

5、电缆5电影院15000.85102电缆6电院附小10000.80152架空7侨乡体育馆15000.80152电缆8美食城15000.80101电缆9商业中心20000.80151电缆10民俗村25000.80202架空11步行街20000.80152架空12鲤城大酒店10000.85102电缆（三）所址位置该所址北侧有约宽80m的公路，交通方便，现有负荷中心和规划中心均在该 变电所周围55Km范围内，地势平坦，海拔高度20m空气污染不严重，土壤电 阻率为1000Q.M。（四）气象条件当地年最高温度40C,年最低温度-10 C;最热月平均气温30C;年主导 风向东，最大定时风速28m/s,基本风

6、压值54kg/ m2；雷暴日数为60日/年。主接线的设计（一）.主接线的设计原则和要求发电厂和变电所的电气主接线是保证电网安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。（二）.电气主接线的设计原则应根据发电厂和变电所所在电力系统的地位和作用。首先应满足电力系统的 可靠运行和经济调度的要求，根据规则容量，本期建设规模、输送电压等级、进 出线回路数、供电负荷的重要性，保证供需平衡，电力系统线路容量、电气设备 性能和周围环境及自动化规则与要求等条件确定， 应满足可靠性、灵活性和经济 型的要求。（三）.电气主接线的主要要求331可靠性：可靠性的客观衡量标准时运行

7、实践主接线的可靠性是其组合元件（包括一次不分和二次部分）在运行中可靠性的综合，因此要考虑一次设备和二次部分的故 障及其对供电的影响，衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是：断路器检修时，是否影响供电、停电的范围和时间线路、断路器或母线故障 以及母线检修时，停电出线回路数的多少和停电时间长短， 能否保证对重要用户 的不间断供电。发电厂、变电所全部停电的可能性。3.3.2灵活性：投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便，调度灵活，电气主接 线的灵活性要求有以下几方面：调度灵活、操作方便，应能灵活地投切某些元件， 调配电源和负荷能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调整要求。检修安全，应能容易

8、地从初期过渡到最终接线， 并在扩建过渡时使一次和二 次设备等所需的改造最少。控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资， 要适 当限制经济型：通过优化比选，应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少， 在满足技术要求的前提下，要做到经济合理。（四）主接线方案的选择341 对于110KV电压级 单母分段带旁路断路器经过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修，为了检修出线断路器，不致中断该回路供电，可增设旁路母线。优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置，检修与其相连的任一回线的断路器时， 该回路均可以不停电，可以提高供电的可 靠性。缺点：此种接线多装了价格

9、较高的断路器和隔离开关，增大了投资。 单母分段接线：接线简单清晰，设备少，且操作方便，可提高供电可靠性和灵活性，不仅便于检修母线而减少母线故障影响范围，对于重要用户可以从不同段引两个回路， 而使重要用户有两个电源供电，在这种情况下，当一段母线发生故障，由于分段 断路器在继电保护装置的作用下，能自动将故障段切除，因而保证了正常段母线 不间断供电。综上所述，单母分段接线的可靠性较高，而且比较经济，故110KV侧接线应选单母分段接线。342对于35KV电压等级 双母线接线优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。缺点：停电影响范围广，双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂， 对运行人

10、员要求高。 双母线分段接线优点：任何时候都有备用母线，有较高的可靠性和灵活性。缺点：增加投资。对于35KV故采用双母线分段接线。3.4.3对于10KV电压等级双母线分段优点：增加供电可靠性，灵活，当有故障时，只有部分短时停电，而不必短 期全部停电，适合出线较多回路。缺点：比双母增加两台断路器，投资有所增加。双母线接线优点：供电可靠，调度方式比较灵活，扩建方便，便于试验。缺点：双母线接线方式有一定局限性，而且操作较复杂，对运行人员要求高。故 采用双母线接线方式。（五）.主接线图主接线图如下：Inn（六）.变压器的选择变电站一：0 =p/cos 1 =4800/0.8 =6000KVA变电站二：S

11、2 =P2/cos 2 =5000/0.8 =6250KVA变电站三：S3 = B/cos 3 =5000/0.85 = 5882.4KVA变电站四：S4二P4/COSS= 4800/0.85 =5647.1KVA变电站五：S5 = P5/COS 5 =8000/0.9 =8888.9KVA变电站六：& = P6 /cos 6 二 8000/0.8 二 10000KVA对于 35KV侧负荷= 42668.4KVA 二 42.7MVA电院：S7 二 P, / cos 7 = 1500/ 0.8 二 1875KVA普明村：S8二 P8 / cos 8 二 3000/ 0.85 二 3529

12、.4KVA西湖公园：& =P9/cos 9 =1500/0.85 = 1764.7KVA 医院：S1 P10/cos 10 =1500/0.8 J875KVA电影院：S1 P11/cos ':11 =1500/0.85 =1764.7KVA 电院附小：S12 = 2 / coP1 1000/0. 1250 KVA侨乡体育馆:S13 = P13/cos13 =1500/0.8 “875KVA美食城：S14 = P14 / cos J =1500/0.8 =1875KVA 商业中心：S,5 =P5/cos驚5 =2000/0.8 =2500KVA 民俗村：6 = P6 / cos&

13、#174;16 = 2500/ 0.8 = 3125KVA步行街：S17 =P17/cos 17 =2000/0.8 =2500KVA鲤城大酒店:S18 = P18/cos18 =1000/0.85 = 1176.5 KVA对于 10KV侧负荷 S总2 =25110.3KVA =25.1MVA5KV和 10KV总负荷S、= 42.7MVA 25.1 MVA 二 67.8MVA35KV最大负荷为42.7MVA 10KV最大负荷为25.1MVA3.6.1选择变压器： 对于Ti，在正常情况T1、T2各承担一半。自二42.7/2 -21.35MVAS低=25.1/2 T2.55MVAS高=S低 S中

14、= 33.9MVA 对于T1、T2如果有一台坏掉，另一台承担 70%S高二70%( S低 S中)二 70%(42.7 25.1) 47.46MVAS中=70% 务® =0.7*42.7MVA =29.89MVAS低=70% S10KV =0.7*25.1MVA =17.57MVA所以T1各电压等级容量为上，同理T2如上。所以T1选取100/100/50型号额疋容量(KVA额定电压(KV空 载 电 流(%)空 载 损 耗(KW负载损耗(KW阻抗电压(%高压中压低压高-中高-低中-低高-中高-低中-低SFS-50 000 /115000010038.56.36.66525010.517.

15、56.5第18页010.5,11四.短路电流计算（一）.各处短路电流的计算如果处发生短路，等值电路如图：G1Z3®三相短路，取Sb =100MVA架空线0.4 Q /km 电缆0.08 Q /kmGi: X发电机=Xd、* Sb/Sn =0.183*100* 0.85/125 = 0.124X变压器二Ur/100*Sb/Sn =10.5/100*100/150 = 0.07X线路二XL *SB/UAV2 =0.4*60*100/102 =24同理，G2同上。G3: X系统二 Xc * Sb / SCmax =0.2*100/300 = 0.067112-X线路 * 0.4*50*10

16、0/10 -1022所以G到电抗为24.194 ,G2到电抗为24.194 , G3到电抗为10.067各电源的计算电抗：125Xy =XSn/Sb =24.194*/100 =35.580.85X2c = 35.58X3c =Xc*SCMax /Sb =10.067*300/100=30.201所以短路电流得：l1、'=1/X1c =1/35.58 =0.028 I?'0.028I3''=1/X3c =1/30.201 = 0.033短路点总短路电流：I 总''=0.028*100/10.3 0.028*100/10.3 0.033*100/1

17、0.3 = 0.16 0.16 0.19 = 0.51(KA)总的短路电流：l'' = 0.51KA如果处短路，等值电路为：G1:X发二 Xd''*SB/SN =0.124X变-UjL%* 主-0.07100 snX 线=Xl*Sb/%2 =0.4*60* 100 =2410G2 :同理G2同上。G3: X 系统=Xc*Sb/Scmax = 0.067，2 线路阻抗电压值如下5/% =10.5, U, J% =17.5, U2；%=6.5各绕组短路电压为：1Uk1%( Uk1-2% - Uk1-3%-Uk2-3%) 10.7521Uk2% =2( Uk1-2%

18、Uk2-3%-Uk1-3%) -0.251Uk3%( Uk1-3% Uk2-3%-Uk1-2%) 6.752各绕组等值电抗标幺值为：X1100Sn二Uk1%*SB 10.75* 100 心待10050X2_ U k2 % * Sb-100SN曲*迦一0.00510050X3_ U k3 % * Sb-100SN应型=0.13510050各电源到短路点外的转移阻抗为:X10 =0.124 0.07 24 0.215 0.135 = 24.544X20 =24.544X30 =0.067 10 0.215 0.135 = 10.417各电源计算电抗为：125X1C =X10*SN/SB =24.5

19、44*085 =36.09100125X2C = X20 * Sn / Sb 二 24.544* 085 二 36.09100300X3C =X30*Sn/Sb -10.417*31.251100所以短路电流为：|1''=1/X1c =1/36.09 = 0.028 I 0.1=0.026 I 0.2 =0.2412 二 1/X2C =36.09 I 0.1 =0.026 I 0.2=0.24I3、'=1/X3c =0.032 I 0.1=0.03 I0.2=0.028I 总''=0.028* 1000.028* 1000.032* 10°-=

20、0.160.16 0.18 =0.5KA总10310i310、3I 0.1 总=0.026* 1000.026* 1000.03* 10°-=0.15 0.15 0.17 = 0.47KA10 J310 J31W3I02 总=0.024* +0.024* +0.028*° =0.14+ 0.14+0.16 = 0.44KA 10310.310、3如果处短路，等值电路如图6 1242410-0. 0050. 215各电源到短路处转移阻抗：Xg - 24.4， X?c =24.4， X3C -10.28各电源计算电抗为:125Xy = X10 * SN / SB 二 24.4*

21、 085 二 35.9100 125X2C =X20*Sn/Sb =24.4* 085 =35.9100X3C-X30 *ScMAX/Sb =10.28* 300 =30.28100计算电抗查运算曲线得短路电流标幺值为:I1'1/X1c =1/35.9 =0.02812''= 0.02813、' = 1/X3c = 1/30.84 = 0.032I 总''=0.028* 1000.028* 1000.032* 1°°-=0.160.16 0.18 =0.4KA心10310j310j3查资料，对于无延时保护，微机保护动作时间tp

22、r 一般为0.016s-0.03s（二）.断路器和隔离开关的选择选取10K V所连变压器侧的断路器和隔离开关最大工作电流 I max = 1.05* S低一-1.05* 25000 = 1515.6A<3U N10 J3根据Uns > I max及断路器安在室内要求，查附表六，可选取SN10-10III/2000型少油断路器。固有分闸时间为0.06s，灭弧时间为0.06s。短路热稳定时间为 tk =tpr tm ta =0.03 0.06 - 0.06 = 0.15s 0.2s由前面10KV短路电流得I、'=0.5KAI z = 0.47KA10.2 = 0.44KA短路周

23、期分量tk2I2tk2)0.212(0.52 10* 0.4720.442) = 0.04KA2 S查表 3-3 , T=0.05短路非周期分量 Qrp 二TI''2 = 0.05*0.52 = 0.0125KA2 S短路热效应 Qk = Qp Qrp 二 0.04 0.0125 二 0.05KA2 S冲击电流为 iSh =1.9.2|''=1.9 2*0.5 =1.34kA由下表列出断路器、隔离开关有关参数并与计算数据惊醒比较，由表可知,所选SN10-10III/2000断路器、GN2-10/2000-85隔离开关合格。断路器、隔离开关选择结果如下表：计算数据

24、SN10-10III/2000 断路器GN2-10/2000-85 隔离开关Uns 10VImax 1515.6AI'' 0.5KAish =1.34KA2Qk 0.55 KA Sish 1.34KAUN 10KVI n 2000AI Nbr 43.3KAIncl 130KA2 2It t 7499.6KA Sies 130KAUN 10KVI n 2000AIt2 t213005.0KA Si es 85KA（三）.母线的选择选取10KV母线，母线上最大工作电lmax=1.05 '氐_ =1.05* 25000 = 1515.6A Un 寸313 按长期发热允许电流选

25、择截面，查附表一选取125mm< 6.3mm矩形铝导体，平放允许电流为1674AKf=1.05。当环境温度为30 T，查附表三可得温度修正系数K =0.94则 lal30c 二0.94* 1674 =1573.6A 1515.6A 按经济电流密度选择，由最大负荷利用小时数为5500h查图6-17得导体经济密度J= 0.73A/ mm2Sj =Imax/J =1515.6/0.73 = 2076.5mm2比较二者，故选取最大截面，即：选取125mmx10m矩形铝导体，导线允许电流为 2089A Kf=1.12则 I abac0 =0.94x2089=1963.7A>1515.6A 热

26、稳定校验正常运行时导体温度9 = 9 0+ ( 0 al- 0 0)l 2max /lal 2=53.8°c查表6-2，c=99满足短路时发热的最小导体截面Smin= QKkf/c=、0.05*106 *1.12/99 = 2.39mm2 : 1250mm2满足热稳定度要求导体自振频率由以下求得Pf2700m=h*b*P m=0.125x0.01x2700=3.375(kg/m)J=bh3./12=0.01x0.125 3/12=1.63x10 -6(m4)导体固定方式为单跨两端固定，多旁路简支。Nf=3.56铝导体三单性结果 E=7x1010pa L=1.5mNf EJ 3.56

27、,7x1O10x1.63x1O占 自振频率 f= 22325.3Hz155HzL2 M 1.52 2.7可见，对该母线可不计共振取母线处短路时冲击系数 K=1.9ish =1.9 2* I =1.9*1.414*0.05=1.34KA导体对垂直可作用力的方向轴的截面系数W=bh/6=0.125 2x0.010=2.6x10 -5m单位长度导体上所受相同点动力，查表7-2，取a=0.2m7272则 fph=1.73x10 x ish /a=1.73x10 x1340/0.2=1.55(N M)导体最大相见计算应力为(T ph=fphL2/10w=1.55*1.5 2/10*2.6* 10=0.1

28、3x105 pa <70x10 6 pa 即 cph< c al满足要求。(四) .电流、电压互感器的选择4.4.1电流互感器的选择选择图中变压器高压侧的电流互感器按ish=1.34KA Qk=0.05KA2.S I ma=1515.6A电流互感器与测量仪表相距40m。电流互感器负荷统计如下表：(V.A)仪表电流线圈名称A相C相电流表0.35功率表0.60.6电能表0.50.5总计1.451.1其最大负荷为1.45V.A 选择电流互感器，根据电流互感器安装外电压，最大工作电流和安装地点的要求。查附表8电流互感器技术参数，选取Lmc-10室内型电流互感器， 变比为2000/5 。由于

29、供给计费电能表用，故应选 0.5级，其二次负荷额定阻抗为1.2 Q ,热稳定系数K=75。 选择互感器连接导线截面，已知0.5级准确级的允许最大负荷 乙n=1.2 Q ,最大相负荷阻抗ra=Pma(l 7=1.45/2.5=0.058 Q 计入接触电阻0.1 Q，则连 接导线电阻不得超过1.2- (0.058+0.1 ) =1.042。倘若机械强度要求的最小截面，初选标准截面为1.5mm的铜线，其接线电阻为几=dc/S =1.75*10* .3*40/1.5 =0.81Q <1.042 Q所以，满足要求。 校验互感器的热稳定(kt I 1n) 2=(75X2)2=22500kA S>

30、;0.05kA2 S热稳定度符合要求。4.4.2电压互感器的选择选取10kv电压等级上的电压互感器，电压互感器及仪表接线和负荷分配如下图:第18页电压互感器各相负荷分配（不完全星形负荷部分）仪表名称及型号每线 圈消 耗功 率仪表电压线圈仪 表 数 目AB相BC相cos©sin ©PabQabPbcQbc有功功率表46D1-W0.610.92510.61.390.61.39无功功率表46D1-Var0.5110.50.5有功电能表DS11.50.3810.570.57频率表46L1-HZ1.2111.20.3电压表46L1-V0.311总计2.871.391.971.39查附

31、表9选用JDJ-10单相油浸式电压互感器，由于回路中有计费电能表, 故选用0.5准确级，额定容量为150V- A根据上表算出不完全星形部分负荷为Sab二 POb Q；b = .2.872 1.392 =3.19 S be二.p； Qbc = 1.9721.392.41© ab=27.1© bc=34.9COS|)ab=Rib/Sab=2.87/3.19=0.89CO© bc=Pbc/Sbc=1.97/2.41=0.821Pa =1/ 3SabcosC -30 ）. * 3.19cos（27.1 -30 ）= 1.84WJ31QA=1/ -3Sabsin（-30）=

32、* 3.19sin（27.1 -30 ） = -0.09Var< 3同理可求出B相负荷为PB =1.39W Qb =0.12Var显而易见，A相负荷较大，故应按 A相总负荷进行校验SA 二 1.842一（二0.092） =1.84V A ： 80V 故所选JDJ-10型电压互感器满足要求。五断路器控制回路的设计高压断路器控制回路：指控制（操作）高压断路器分、合闸的回路。电磁操作机构 只能采用直流操作电源，弹簧操作机构和手动操作机构可交直流两用，但一般采用交 流操作电源。信号回路是指示一次电路设备运行状态的二次回路。主信号按用途分，有断路器 位置信号、事故信号和预告信号等。断路器位置信号用

33、来显示断路器正常工作的位置状态。一般是红灯（符号RD）亮,表示断路器在合闸位置；绿灯（符号GN亮，表示断路器在分闸位置。采用电磁操作机构的断路器控制和信号回路控制对象：操动机构中合闸线圈（YC）和跳闸线圈（YT）。电磁操动机构中，合闸线圈（YC流过电流较大，必须经过中间放大元件进行控制，即用SA控制合闸接触器KM的线圈，再由KM主触头控制电磁操动机构的 YC。fuiM100C+)T1I -1 AT > i I - T I 1I+-I 17DJ TI - I I .1” 1;!；4*十；十" pud 5"命 OWR? In - J 11 - I -«JL c©-I I