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110kv变电站电气主接线设计

目录

一课程设计任务书说明 (2)

1.1、课程名称:110kv变电站电气主接线设计 (2)

1.2、目的与意义 (2)

1.3、课程设计任务: (2)

1.4、原始资料 (3)

二负荷的分析计算及主变压器选择 (5)

2.1:负荷的分析计算的目的 (5)

2.2:负荷的分析计算 (5)

2.3:主变压器的确定 (6)

三变电站主接线的选择 (8)

3.1、对电气主接线的基本要求 (8)

3.2;主接线方案选择选择 (9)

3.2.1:投资和运行可靠性灵活性比较 (9)

3.2.2:投资和运行经济性比较; (11)

3.2.3:综合比较 (12)

四:短路电流的计算 (13)

4.1、短路电流计算的目的 (13)

4.2、各回路电抗计算 (13)

4.3、短路电流计算: (16)

4.3.1转移阻抗转化成计算阻抗: (16)

4.3.2短路电流计算: (17)

4.3.3、折回有名值: (18)

4.4、短路电流产生的发热量 (19)

4.4.1冲击电流: (19)

4.4.2发热量: (19)

4.4.3、短路容量 (20)

五、电气设备的选择与校验 (20)

5.1、导体和电气设备选择的一般条件 (20)

5.2、主要电气设备的选择 (23)

5.2.1、断路器与隔离开关的选择与校验: (23)

5.2.2隔离开关的选择与校验: (25)

5.2.3电流/电压互感器的选择与校验 (27)

5.2.4、熔断器的选择和校验 (29)

5.2.5、裸导体的选择与校验; (29)

六:实习心得 (33)

一课程设计任务书说明

1.1、课程名称:110kv变电站电气主接线设计

1.2、目的与意义

变电站电气主接线设计直接关系到变电站投资的大小、运行的灵活性、经济性及供电的可靠性,变电站电气主接线设计是变电站设计最主要的设计工作之一。同时,变电站电气主接线设计综合看电气工程专业众多的专业课及专业基础课。因此,变电站电气主接线设计可以锻炼学生综合运用所学的知识提出问题、解决问题的能力。

变电站电气主接线设计的目的在于使学生通过此次课程设计,在如下几个方面得到充分训练:

1、结合课程设计任务,加深对所学知识内在联系的理解,并灵活地加以综合运用。

2、根据所学知识及课程设计任务,学会提出问题、解决问题,最终将知识转化为能力。

3、通过课程设计实践,熟悉工程设计的全过程,掌握工程设计的思想、方法、手段,树立必要的工程概念,培养一丝不苟的求实态度。

4、掌握资料收集、工程计算、工程技术图纸的绘制标准及绘制方法、设计报告的撰写等。

1.3、课程设计任务:

1、变电站主接线方案的提出:2-3种。

2、主方案的经济比较:包括投资、年运行费用。

3、主变压器的选择:型式、台数、容量。

4、短路电流计算:三相短路的"I、

I等。

sh

5、导体的选择与校验。

6、电气设备的选择与校验。

7、绘制主接线图。

1.4、原始资料

为了满足电力系统负荷日益增长的需要,拟在某市郊区新建一座110KV变电站,用10KV向该郊区负荷供电。

1、待建变电站概况

待建变电站110KV出线4回,其中两回110KV线路与系统相连(一回与无穷大系统相连,另一回与现有的110KV变电站相连),另两回110KV线路与一水电厂相连(水电厂装机4台,单机容量为75MW)。待建变电站通过11回10KV线路向郊区负荷供电。

考虑到该变电站在系统中的低位、位置,110KV出线预留1回,10KV出线预留3回。

待建变电站与系统间的地理接线图见附件一。

2、负荷情况

10KV线路负荷表

负荷名称

最大负荷

(MW)年最大负荷利

用小时数(小

时)

cosψ

线路长度

(Km)

电机厂 3.2 2400 0.9 6 矿山机械厂 2.6 2500 0.9 8 汽车制造厂 2.3 4500 0.9 5 农机厂 1.6 2800 0.9 5 自来水厂 2.5 5500 0.9 6 有机化工厂 1.8 3300 0.9 4 饲料厂 1.5 3500 0.9 5 部队 2.2 2000 0.9 12 城东Ⅰ线 2.6 3000 0.9 5 城东Ⅱ线 2.8 2800 0.9 5 中学 2.4 2000 0.9 3 站用负荷0.4 2500 0.85

附件一、

110kv变电站电气主接线设计

(待建变电站与系统间的地理接线图)

二 负荷的分析计算及主变压器选择

2.1:负荷的分析计算的目的

计算负荷是供电设计计算的基本依据,计算负荷确定得是否正确合理,直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大,将使电器和导线选得过大,造成投资和有色金属的消耗浪费,如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁,造成重大损失,由此可见正确确定计算负荷意义重大。

2.2:负荷的分析计算

1、10KV 侧的负荷计算

N

KV P P P P +++= (2110)

4.04.28.26.22.2

5.18.15.2

6.13.26.22.3+++++++++++=

=25.9 MW

)tan(arccos tan ??*=*=P P Q

n KV Q Q Q Q +++= (2110)

=1.55+1.26+1.11+0.77+1.21+0.87+0.73+1.07+1.26+1.36+1.16+0.25=12.6 M var

MW P K P KV 31.239.259.010=*=*=总 var 34.116.129.010M Q K Q KV =*=*=总

MVA

Q P S 92.252

2=+=

总总总

MVA S S 472.416.1'

=*=总总

2、每台变压器的容量为:

MVA S S 297.0'

=*=总主变

2.3:主变压器的确定

2.3.1、绕组数量的确定

在该设计中,只有高低两个电压等级(110KV/10KV ),因此,主变压器选为两绕组变压器。

2.3.2、主变压器台数的确定确定原则:

(1)对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下,变电所以装设两台变压器为宜。

(2)对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装

设三台变压器。

(3)对于规划只装设两台变压器的变电所,其变压器基础宜按大于变压器容量的1—2 级设计,以便负荷发展时,更换变压器的容量。

比较单台变压器两台变压器

技术指标供电安全比满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量电压损耗略大电压损耗略小灵活方便性灵活性差灵活性好扩建适用性稍差好

经济指标电力变压器的综

合投资

跟两台变压器相比所需要

的花费要少

花费投资比较多

选择:由负荷计算可知,本变电站负荷为MVA

S29

主变

,应装设两台主变压器。

2.3.3、变压器容量和型号确定

确定原则:

(1)主变压器容量一般按变电所建成后5~10 年规划负荷选择,并适当考虑到远期10~20 年的负荷发展,对于城市郊区变电所,主变压器应与城市规划相结合。

(2)根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量,对于有重要负荷的变电所应考虑,当一台变压器停止运行时,其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内应保证用户的一级和二级负荷,对一般性变电所,当

一台主变停止运行时,其余变压器应能保证全部负荷的60%~70%。

(3)同一个等级的单台降压变压器容量的级别不宜太多,应从全网出发,推行系统化、标准化、简单化、方便灵活化。

根据前面计算的单台主变压器的容量MVA

S29

主变,通过查表可选择两台

1

SF P L

-40000/110的变压器。

变压器型号表

U% I% 1

SF P L-120000/110 106.6 340 10.5 0.5 1

SF P L-75000/110 75 300 10.5 0.6 1

SF P L-40000/110 46 174 10.5 0.8 1

SF P L-63000/110 60 298 10.5 0.8 三变电站主接线的选择

3.1、对电气主接线的基本要求

(1)供电可靠性:如何保证可靠地(不断地)向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务,这是第一个基本要求。

(2)灵活性:其含义是电气主接线能适应各种运行方式(包括正常、事故和检修运行方式)并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时,不影响其他回路继续运行,灵活性还应包括将来扩建的可能性。

(3)操作方便、安全:主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少,尽量避免用隔离开关操作电源。

(4)经济性:即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下,应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。

根据以上的基本要求对主接线进行选择。

3.2:主接线方案选择选择

3.2.1:投资和运行可靠性灵活性比较

方案一:110kv用双母线分段,10kv用单母线。

110kv变电站电气主接线设计

优点:(1)供电可靠,高压侧通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不至于供电中断,一组母线故障后能迅速恢复供电,检修

任一组的母线隔离开关时只停该回路。

(2)便于试验,当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开,单独接至一组母线上。

(3)低压侧采用单母线三分段对负荷供电,简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便,且供电可靠性较高。

缺点:(1)高压侧增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关,投资大。方案二:高压侧采用单母线分段接线,低压侧采用单母线三分段接线

110kv变电站电气主接线设计

优点:(1)低压侧变压器分别与两条母线相连,各分段母线之间采用分段断路

器隔开,提高了供电可靠性和灵活性

(2)当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母

线不间断供电

(3)接线简单,操作方便,设备少,经济好,并且母线便于向两端延伸,

扩建方便

缺点:(1)当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电。

(2)当出线为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越。 (3)扩建时需向两个方向均衡扩建 可见方案一供电可靠性要高

3.2.2:投资和运行经济性比较;

按市场价选择变压器,断路器及隔离开关的价格,为了方便初步的经济比较,我们按电器元件的电压等级分,相同电压等级的元件价格相同。

该项目取变压器100万,110KV 断路器10万,110KV 隔离开关1万,10KV 断路器5万,10KV 隔离开关0.5万

主体设备综合投资 0I =I(变压器)+I (断路器)+I (隔离开关) 综合总投资 I=0I (1+α/100)(元) α为不明显的附加费用比例系数取90 运行期年运行费用C ’=αΔA+1a I+2a I

1a 为检修维护费率 取0.03 2a 为折旧费率 取0.05

方案

110KV

断路器(台)

10KV 断路器

(台) 110KV 隔离开

关(台) 10KV

隔离开

关(台) 变压器

(台) 总投资

0I (万)

综合总

投资I (万) 方案一 8

17

21

38

2 405

769.5 方案二

8 17 14 36 2 379 754.3

由于两种方案的变压器型号容量都是相同的,故在算年运行费用做比较时可以忽略变压器年损耗电能,则C ’=1a I+2a I 方案一I1=769.5万

C1 =1a I+2a I=61.56 万

方案二C2=60.344万

I2=754.3万

用抵偿年限法比较两方案:

Ta=错误!未找到引用源。

Ta 21=错误!未找到引用源。=-12.5 可见方案二投资回收期要最短

3.2.3:综合比较

方案

供电可

靠性

调度灵活性 扩建方便性 操作简便性 接线复杂性 投资 运行费用 方案一 高 灵活 方便 方便 较复杂 较高 较高 方案三 较低 灵活

方便

简便

简单

较低

较低

综上这三种方案均能满足主接线要求,但考虑到变电站所110kV 侧进线较

少可靠性要求高,因而可以选用双母线接线;10KV 侧出现较多没有重要负荷,用双母线供电则增加了17个隔离开关,投资过大;且负荷功率需求不大,选单母线分段,足以满足要求,又考虑每条母线上的进出线不能超过五条,因此10KV 配电侧采用单母线三分段,可见方案一最为合适

四:短路电流的计算

4.1、短路电流计算的目的

在发电厂和变电站的设计中,短路计算是其中一个重要环节,其计算的目的主要有以下几个方面:

(1)电气主接线的比较。 (2)选择导体和电气设备。

(3)在设计屋外高型配电装置时,需要按短路条件校验软导线的相间和相

对地的安全距离。

(4)在选择继电保护方式和进行整定计算时,需以各种短路是的短路电流

为依据。

(5)接地装置的设计,也需要用到短路电流。

4.2、各回路电抗计算

(取基准功率B S = 100MVA B U =Up )

4.2.1、由待建变电站地理接线图得其等效电路图:

110kv变电站电气主接线设计

4.2.2、电路图参数计算:

02963

.0*

)1(1==

=N

B G S S X X

0378

.0*

*1664.0**242

.0**1815.0*

*2442332

222

11========B

B

L B B L B B L B

B L U

S L x X U S L x X U S L x X U S L x X

10325

.04

1*

*

"

2=+=)(变N

B d G S S X X X

2626

.0*

100

%2626

.0*100%21==

==N

B K T N B K T S S U X S S U X

4.2.3、将电路图等效化简:

110kv变电站电气主接线设计

其中:

1411

.01427.0//)(2421211=+==+=G L L L L X X X X X X X

1313

.0//21==T T T X X X

4.2.4:110Kv 母线处短路

110kv变电站电气主接线设计

其中:1F Z 是无穷大系统与110kv 母线的转移阻抗,2F Z 是水电厂与110kv 母线之间的转移阻抗。

1723

.01427.002963.0111=+=+=X X Z G F

1411

.022==X Z F

4.2.5:10kv 母线处短路

110kv变电站电气主接线设计

其中:1'F Z 是无穷大系统与10kv 母线的转移阻抗,2'F Z 是水电厂与10kv 母线之间的转移阻抗。

由单位电流法计算可以得出:

4639

.01

'=F Z

3799

.02

'

=F Z

4.3、短路电流计算:

4.3.1:转移阻抗转化成计算阻抗:

110kv 母线短路计算电抗:

326

.2100

1350*

1723.0*

1)(1===N

B F js F S S Z Z

529

.08

.0*10075*4*

1411.0*

2)(2===N

B F js F S S Z Z

10kv 母线短路计算电抗:

898

.5100

1350*

4639.0*

1

'

)

(1'

===N B F js F S S Z

Z

4246

.18

.0*10075*4*

3799.0*2

'

)

(2'

===N

B F js F S S Z

Z

4.3.2:短路电流计算:

根据所得计算电抗,查运算曲线表可得短路电流如下:

110kv 各时间短路电流标幺值汇总表

类型 时间 转移阻抗

0s 0.2s 0.4s 2s 4s 汽轮机 )(1js F Z =2.326 0.44 0.4195 0.43 0.443 0.443 水轮机 )

(2js F Z =0.529

2.095

1.887

1.933

2.241

2.438

10kv 各时间短路电流标幺值汇总表

类型 时间 转移阻抗 0s 0.2s 0.4s 2s 4s 汽轮机

)

(1'

js F Z =5.898 0.292

0.286

0.292

0.292

0.292

水轮机 )

(2'

js F Z

=1.4246

0.751 0.766 0.808 0.813 0.813

4.3.3、折回有名值:

110kv 母线短路:

7776

.6*115

*31350*

*88266

.1*115*8.0*375*4***

*

*

*

*

*

I I I I I I I I I I N N ======汽水

110kv 母线短路各时间短路电流有名值汇总表

类型 时间 计算阻抗

0s 0.2s 0.4s 2s 4s 汽轮机 )(1js F Z =2.326 2.982 2.843 2.91 3.002 3.002 水轮机

)

(2js F Z =0.529

3.944

3.553

3.639

4.219

4.59

10kv 母线短路:

23

.74*5

.10*31350*

*6197

.20*5.10*8.0*375*4***

*

*

'

*

*

*'I I I I I

I I I I I

N N ======汽

10kv 母线短路各时间短路电流有名值汇总表

类型 时间 计算阻抗 0s 0.2s 0.4s 2s 4s

汽轮机

)

(1'

js F Z =5.898 21.675

21.23

21.675 21.675 21.675

水轮机 )

(2'

js F Z

=1.4246

15.485 15.795 16.66 16.764 16.764

母线短路电流汇总表

类型 时间

0s 0.2s 0.4s 2s 4s

110kv 6.926 6.396 6.549 7.221 7.592 10kv 37.16

37.125

38.335

38.439

38.439

4.4、短路电流产生的发热量

4.4.1冲击电流:

110kv: KA I i sh 66.17926.6*55.255.2"=== 10kv: KA I i sh 76.9416.37*55.255.2"===

4.4.2发热量:

110kv:

()

S

KA I I I t Q tk t k

K k

?=++=

++=

2

22

2

2

22

"

665.16)549.6396

.6*10926

.6(12

4.0*1012

2

S

KA TI

Q np ?===2

2

"

398.2926.6*05.02

S

KA Q Q Q np K ?=+=∑2

06.19

10kv :

()

S

KA I I I t Q tk t k

K k

?=++=

++=

2

22

22

22

"

436.554)335.38125

.37*1016.37(12

4.0*1012

2

S

KA TI

Q np ?===2

2

"

04.6916.37*05.02

S

KA Q Q Q np K ?=+=∑2

48.623