专业课程设计110-10KV变电站电气一次部分设计

XXXX学校课程设计说明书题目：A1#110/10KV变电站电气一次部分设计姓名：院（系）：XXXXXXXXX学院专业班级：电气工程及其自动化20XX级X班学号：指导老师：成绩：时间：20XX年XX月XX日至20XX年XX月XX日郑州轻工业学院课程设计任务书题目A1#110/10KV变电站电气一次部分设计专业学号姓名XX关键内容、基础要求、关键参考资料等：一、设计内容1.对待设计变电所在系统中地位和作用及所供用户分析。2.选择待设计变电所主变台数、容量、型式。3.分析确定高、低压侧主接线及配电装置型式。4.进行互感器、避雷器等电气设备配置。5.进行短路电流计算。6.选择变电所高、低压侧及lOkV馈线断路器、隔离开关。7.选择10kV硬母线。8.编写设计说明书、计算书,绘制电气主接线图。二、设计文件及图纸要求1.设计说明书一份；2.计算机绘制变电所主接线图一张。三、相关原始资料1.发电厂变电所地理位置图(见附图)。各变电站部署方法无特殊要求。2.环境最高气温40℃，最热月最高平均气温32℃。3.110kV输电线路电抗均按0.4Ω／km计。4.最大运行方法时，发电机并联运行，A、B站电源线路分裂运行，C站电源线路并联运行。5.各变电站负荷功率因数cosφ均按0.9计。6.设计参数条件序号输电线路长度km系统容量MVA各变电站10kV最大负荷MWL1L2L3L4P1关键负荷率P2关键负荷率P3关键负荷率1152211107302865%2670%2258%2172015128502925193252312151020252318428251711780232217522271916690211916附图发电厂变电所地理位置图G一汽轮发电机QFS-50-2，10.5KV,50MW,cosΦ=O．8，X"d＊=0.195；T—变压器SF10—63000／121±2x2.5％；YNd11;UK％=10.5；Po=45.5kW；Pk=221kW；Io(％)=O.4四、参考文件1.冯建勤.电气工程基础.北京.中国电力出版社，2.孙丽华.电力工程基础.北京：机械工业出版社，3.水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册（电气一次部分）.北京:水利电力出版社，19894.姚春球.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社，目录TOC\h\z\t"标题1,1,样式2,1,样式4,1,样式15,1,样式5,1,样式14,1"第一章资料分析 1第二章主变容量、形式及台数选择 2第四章电气设备配置标准 6第五章短路电流计算 8第六章关键电气设备选择和校验 13参考文件 19致谢 20附录-Ⅰ电气主接线图 21附录-Ⅱ电气设备布局图 22第一章资料分析第一节变电所在电力系统地位电力系统是由发电机、变压器、输电线路和用电设备（负荷）组成网络，它包含经过电或机械方法连接在网络中全部设备。电力系统中这些互联元件能够分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机），变换（变压器，整流器，逆变器），输送和分配（电力传输线，配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统运行状态，如同时发电机励磁调整器，调速器和继电器等。其中变电所是联络发电厂和用户中间步骤，起着变换和分配电能作用。（1）地域变电所：高压侧通常为110~220kV，向地域用户供电为主变电所，这是一个地域或城市关键变电所。全所停电后，仅使该地域中止供电。第二节负荷资料今欲组建110kV降压变电站，有2条110kV进线，10回10KV出线，关键负荷电压等级为10kV。依据《课程设计任务书》给定负荷资料：110kV侧：L2线和L3线二回线路，由发电厂和系统提供电源，系统容量730MVA，发电机100MVA。10kV侧：10回出线，负荷28MVA，关键负荷率0.65。

第二章主变容量、形式及台数选择主变压器是变电站（所）中关键电气设备之一，它关键作用是变换电压以利于功率传输，电压经升压变压器升压后，能够降低线路损耗，提升了经济效益，达成远距离送电目标。而降压变压器则将高电压降低为用户所需要各级使用电压，以满足用户需要。主变压器容量、台数直接影响主接线形式和配电装置结构。所以，主变选择除依据基础资料外，还取决于输送功率大小，和系统紧密程度，同时兼顾负荷性质等方面，综合分析，合理选择。第一节主变压器台数选择由原始资料可知，我们此次设计变电站是区域变电站，关键是接收由发电厂变110kV功率和相邻变电所提供110kV功率，经过主变向10kV线路输送。假设关键为I类负荷，停电会对生产造成重大影响。所以选择主变台数时，要确保供电可靠性。为了提升供电可靠性，预防因一台主变故障或检修时影响整个变电站供电，变电站中通常装设两台主变压器。互为备用，能够避免因主变故障或检修而造成对用户停电，若变电站装设三台主变，即使供电可靠性有所提升，不过投资较大，接线网络较复杂，增大了占地面积和配电设备及继电保护复杂性，并带来维护和倒闸操作很多复杂化，而且会造成短路容量过大。考虑到两台主变同时发生故障几率较小，适合负荷增加和扩建需要，而当一台主变压器故障或检修时由另一台主变压器可带动全部负荷70%，能确保正常供电，故可选择两台主变压器。第二节主变压器容量选择主变压器容量通常按变电站建成后5--计划负荷选择，并合适考虑到远期10--20年负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应和城市计划相结合，该变电站近期和远期负荷全部已给定，所以，应依据近期和远期总负荷来选择主变容量。依据变电站所带负荷性质和电网结构来确定主变压器容量，对于相关键负荷变电站应考虑当一台主变压器停用时，其它变压器容量在计及过负荷能力许可时间内，应确保用户一级和二级负荷，对通常性变电站当一台主变压器停用时，其它变压器容量应能确保全部负荷70--80%。该变电站主变压器是按全部负荷70%来选择，所以装设两台变压器后总容量为ΣSe=2×0.7×Pm=1.4Pm。当一台变压器停运时，可确保对70%负荷供电。考虑到变压器事故过负荷能力为30%，则可确保98%负荷供电。因为该变电站电源引进线是110kV侧引进，而高压侧110kV母线负荷不需要经过主变倒送，所以主变压器容量为Se=0.7S。(S为10kV侧总负荷)。10kV侧负荷由设计任务书可知，变电所负荷达28兆瓦，功率原因取0.9,主变容量按10kV侧总负荷70%来选择。S/cosΦ=28/0.9=31.11（MVA）总容量达31.11MVA，S主变=S总×70%=31.11×70%=21.78（MVA）主变容量选择所以选择2台25兆伏安主变可满足供电要求；第三节主变压器形式选择（1）主变相数选择主变压器采取三相或单相，关键考虑变压器制造条件、可靠性要求及远输条件等原因,尤其是大型变压器尤其需要考虑其运输可能性确保运输尺寸不超出遂洞、涵洞、桥洞许可经过限额，运输重量不超出桥梁、车辆、船舶等运输工具许可承载能力，当不受运输条件限制时，在330kV及以下变电站均应选择三相变压器。此次设计变电站在市郊，交通便利，不受运输条件限制，故可选择三相变压器，降低了占用稻田、丘陵面积；而选择单相变压器相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置和继电保护和二次接线比较复杂，增加了维护及倒闸操作工作量。（2）主变调压方法选择变压器电压调整是用分接开关切换变压器分接头，从而改变变压器变比来实现。切换方法有两种：不带电切换称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内。另一个是带负载切换，称为有载调压，调整范围可达20%。对于110kV变压器，有载调压较轻易稳定电压，降低电压波动所以选择有载调压方法，且规程上要求对电力系统通常要求10kV及以下变电站采取一级有载调压变压器。所以此次设计变电站选择有载调压方法。（3）连接组别选择变压器绕组连接方法必需和系统电压相位一致，不然不能并列运行。电力系统采取绕组连接方法只有Y和Δ。中国110kV及以上电压，变压器绕组全部采取Y0连接，35kV变压器采取Y连接，其中性点多经过消弧线圈接地，35kV以下电压，变压器绕组全部采取Δ连接。此次设计变电站两个电压等级分别为：110kV、10kV，所以选择主变接线等级为YN，d11接线方法。（4）容量比选择依据原始资料可知，110kV侧负荷容量和10kV侧负荷容量一样大，所以容量比选择为100/100。（5）主变冷却方法选择主变压器通常采取冷却方法有自然风冷却（小容量变压器）、强迫油循环风冷却（大容量变压器）、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却。在水源充足，为了压缩占地面积情况下，大容量变压器也有采取强迫油循环水冷却方法。强迫油循环水冷却方法散热效率高，节省材料，降低变压器本身尺寸，其缺点是这么冷却方法要在一套水冷却系统和相关附件，冷却器密封性能要求高，维护工作量大。而此次设计变电所在郊区，对占地要求不是十分严格，所以应采取强迫油循环风冷却方法。所以选择2台25兆伏安主变可满足供电要求；选择主变型号为：SFZ10-25000/110容量比（高/低%）：100/100电压分接头：121±2×2.5%/10.5kV阻抗电压（高低）：10.5%联结组别：YN，d11

第三章电气主接线本变电所110kv有两回进线，可采取方案有：方案一：一、二次侧均采取单母分段接线。当一段母线发生故障，分段断路器自动切断故障段，确保正常母线不间断供电。适适用于两回以上进线或进出线较多总降压变压所。这种接线供电可靠性高、运行灵活，但高压开关设备较多、投资大，用于有大量一二类负荷变电所。方案二：一次侧采取内桥接线，二次侧采取单母分段接线。适用有两回进线和两台变压器总变电所。这种接线所用设备少、结构简单、占地面积小、供电可靠性高，适适用于有一二类负荷变电所。综合考虑A处变电站有两回进线和两台变压器、投资、结构和占地面积，本变电所采取方案二。电气接线图图附录-Ⅰ所表示：第四章电气设备配置标准110kv配电装置为室外一般中型部署，110kv采取门型母线架，进出线构建宽8m。10kv配电装置为室内成套开关柜，主变压器10kv侧经矩形铝母线引入开关柜，支持绝缘子间距2m，相间中心距0.4m。变电所平面部署图附录-Ⅱ所表示。第一节断路器配置下列各回路在发电机出口处宜装断路器：(1)联合单元回路;以下各回路在发电机出口处必需装设断路器：(1)扩大单元回路；(2)三绕组变压器或自耦变压器回路。第二节隔离开关配置(1)发电机或变压器中性点上消弧线圈，应装设隔离开关。(2)接在母线上避雷器和电压互感器，可适用一组隔离开关。但对于330-500kV避雷器和线路电压互感器均不应装设隔离开关。因330-500kV避雷器除保护大气过电压外尚要限制操作过电压，而线路电压互感器接着线路主保护，全部不能退出运行,它们检修可和对应回路检修同时进行。第三节接地开关配置(1)为确保电器和母线检修安全，35kV及以上每段母线依据长度宜装设1~2组接地开关或接地器，两组接地开关间距离应尽可能保持适中。母线接地开关宜装设在母线电压互感器隔离开关上和母联隔离开关上，也可装于其它回路母线隔离开关基座上。必需时可设置独立式母线接地器。(2)63kV及以上配电装置断路器两侧隔离开关和线路隔离开关线路侧宜配置接地开关。双母线接线两组母线隔离开关断路器侧可共用一组接地开关。(3)旁路母线通常装设一组接地开关，设在旁路回路隔离开关旁路母线侧。(4)63kV及以上主变压器进线隔离开关主变压器侧宜装设一组接地开关。第四节电压互感器配置电压互感器数量和配置和主接线方法相关，并应满足测量、保护、同期和自动装置要求。电压互感器配置应能确保在运行方法改变时，保护装置不得失压，同期点两侧全部能提取到电压。(1)6-220kV电压等级每组主母线三相上应装设电压互感器。(2)旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器情况和需要确定。(3)当需要监视和检测线路侧有没有电压时，出线侧一相上应装设电压互感器。(4)当需要在330kV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽可能利用变压器电容式套管上电压抽取装置。第五节电流互感器配置(1)凡装有断路器回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。(2)在未设断路器下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器中性点、发电机和变压器出口、桥形接线跨条上等。(3)对直接接地系统，通常按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。(4)一台半断路器接线中，线路一线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求条件下也可装设三组电流互感器。线路——变压器串，当变压器套管电流互感器能够利用时，可装设三相电流互感器。

第五章短路电流计算(1)依据系统接线图，绘制短路等效电路图。取基准容量Sd=100MVA,基准电压Ud1=115kv,Ud2=10.5kv,Sn=2X50/0.8=125系统容量S=730MVA则各元件电抗标幺值计算以下；X1*=X2*=0.195×100/(50/0.8)=0.312X3*=X4*=10.5/63=0.167X5*=0.4×22×100/115/115=0.067X6*=0.4×22×100/115/115=0.067X7*=X8*=10.5/25=0.42X0*=100/730=0.137(2)k1短路，短路等效电路图。X9*=X1*//X2*+X3*//X4*=0.156+0.0835=0.24X12*=0.204X10*=0.378X11*=0.291系统1计算电抗为系统2计算电抗为查表；00.240.462.3021.9502.0880.482.2031.8792.5072.450.4170.3990.4192.500.4090.3910.410系统1电抗标幺值I"*=2.210I0.2"*=1.906I4"*=2.069系统2电抗标幺值i”*=0.413i0.2”*=0.395i4”*=0.415则流入K1点总短路电流为I"=I"*Sn/Ud1/√3+i"*S/Ud1/√3=3.149KAI0.2"=I0.2"*Sn/Ud1/√3+i0.2"*S/Ud1/√3=2.883KAI4"=I4"*Sn/Ud1/√3+i4"*S/Ud1/√3=3.070KA非发电机电压母线发电厂高压侧母线短路，Ks取1.8，冲击电流为Ish=√2KshI"=8.030KA(3)k2短路，短路等效电路图。X13*=X7*+X6*=0.48X14*=1.343X15*=1.305系统1计算电抗为Xc*=X14*Sn/Sd=1.679系统2计算电抗为Xs*=1.305×850/100=11.093查表；00.241.650.6220.5860.6421.750.5860.5440.602系统1电抗标幺值I"*=0.612I0.2"=0.577I4"*=0.631系统2电抗标幺值当计算电抗Xjs＜3.45时,其短路电流查表得出;当计算电抗Xjs≥3.45时,则能够近似地认为短路周期电流幅值已不随时间而变。I”*=1/Xs*=0.090I0.2"*=0.090I4"*=0.090则流入K2点总短路电流为I"=I"*Sn/Ud2/√3+i"*S/Ud2/√3=11.080KAI0.2"=I0.2"*Sn/Ud2/√3+i0.2"*S/Ud2/√3=10.670KAI4"=I4"*Sn/Ud2/√3+i4"*S/Ud2/√3=11.294KA非发电机电压母线发电厂高压侧母线短路，Ks取1.8，冲击电流为Ish=√2KshI"=28.201KA短路电流计算结果汇总表主变压器运行方法短路点系统最大运行方法三相短路电流/kAI0.2"I4"分裂运行3.1492.8833.0708.03011.08010.67011.29428.201第六章关键电气设备选择和校验一110KV断路器(1)额定电压选择断路器电压选择Un大于电网额定电压110KV，Un选择126KV。(2)额定电流选择断路器工作电流Imax=25000/√3/110=131.220A，In大于Imax。据以上数据,能够初步选择LW36-126型六氟化硫断路器,参数以下:

额定电压:110kV最高工作电压:126kV

额定电流:3150A额定开断电流:40kA

动稳定电流(峰值):100kA热稳定电流(4s有效值):40kA

额定开合电流(峰值):100kA全开断时间:≤50ms

(3)校验热稳定I2tt=40×40×4=6400(KA2S)I24t=3.070×3.070×1.1=10.37(KA2S)I2tt>I24t(4)动稳定校验Ies=100KA>Ish=8.030KA二110kA隔离开关（1）额定电压Un=126KV≥电网额定电压=110kV（2）额定电流大于Imax=131.220A依据以上数据，能够初步选择GW4-126型户外隔离开关，其技术参数以下：

额定电压：126kV动稳定电流峰值：50kA

额定电流：600A热稳定电流（4s）：20kA（3）热稳定校验I2tt=1600(KA2S)>I24t=10.37(KA2S)（4）动稳定校验Ies=50kA>Ish=8.030KA三110KV电流互感器(1)电网额定电压=110kV,电网电流Imax=131.220A依据以上数据，能够初步选择LCWD-110型户外电流互感器,其技术参数以下：额定电流比：300/5A热稳定倍数：75

动稳定倍数：150（2）热稳定效验（KtI1N）2t=1687.5(KA2S)>I24t=10.37(KA2S)(3)动稳定效验Kes√2I1N=63.63(kA)>Ish=8.030KA四110KV电压互感器(1)电网额定电压=110kV可选择JCC1-110型电压互感器电压互感器不需要动稳定和热稳定校验。主变110kv侧电气设备校验表安装地点电气条件设备型号规格项目数据项目LW36-126断路器GW4-126隔离开关LCWD-110电流互感器JCC1-110电压互感器FZ-110避雷器Un/kv110Un/kv110110110110/A1313150600300/5()3.14

408.031005066.6310.4640016001687五10KV引线侧断路器（1）额定电压选择断路器电压选择Un大于电网额定电压10KV，Un选择12KV。（2）额定电流选择断路器工作电流Imax=25000/√3/10=1443.418A，In大于Imax。据以上数据，能够初步选择ZN28-12型真空断路器，参数以下：

额定电压：10kV最高工作电压：12kV

额定电流：A额定开断电流：31.5kA

动稳定电流（峰值）：80kA

热稳定电流（4s有效值）：31.5kA

（3）热稳定校验I2tt=3969(KA2S)>I24t=318.886(KA2S)（4）动稳定校验Ies=80kA>Ish=28.201KA六10KV出线侧断路器（1）额定电压Un选择12KV。电网电流I=Imax/10=144.342A，In大于Imax。可选择ZN28-12型隔离开关，其技术参数以下：

额定电压：12kV动稳定电流峰值：50kA

额定电流：630A热稳定电流（4s）：20kA（2）热稳定校验I2tt=1600(KA2S)>I24t=318.886(KA2S)（3）动稳定校验Ies=50kA>Ish=28.201KA七10KV引线侧电流互感器(1)电网额定电压=10kV,电网电流Imax=1443.418A。依据以上数据，能够初步选择LBJ-10型电流互感器,其技术参数以下：额定电流比：1500/5A热稳定倍数：50动稳定倍数：90（2）热稳定效验（KtI1N）2t=3750(KA2S)>I24t=318.886(KA2S)(3)动稳定效验Kes√2I1N=190.89(kA)>Ish=28.201KA八开关柜本所二次侧最高电压为10.5kv，额定电流为1443.418kA额定短路开关电流应大于额定耐受电流大于综合以上，选择JYN-10开关柜最高电压11.5kvJYN-10：最高电压11.5kv，额定电流kA，额定短路电流选16kA，额定峰耐受电流31.5kA，额定短路连续时间4s。综上其满足10kv侧需求。九10KV出线侧电流互感器(1)电网额定电压=10kV,电网电流I=Imax/10=144.342A。依据以上数据，能够初步选择LBJ-10型电流互感器,其技术参数以下：额定电流比：600/5A热稳定倍数：50

动稳定倍数：90（2）热稳定效验（KtI1N）2t=900(KA2S)>I24t=318.886(KA2S)(3)动稳定效验Kes√2I1N=76.356(kA)>Ish=28.201KA十10KV电压互感器(1)电网额定电压=10kV可选择JSZW-10型电压互感器电压互感器不需要动稳定和热稳定校验。十一10KV母线（1）按发烧条件选择截面。10kv母线最大连续工作电流为1443.418A。时，，双条、平放型矩形铝母线许可载流量1443.418A。故是10kv