课程设计11010KV变电站电气一次部分设计.docx

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课程设计11010KV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：

指导教师：

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

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

一、设计内容

1.对待设计变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析。

2.选择待设计变电所主变的台数、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馈线的断路器、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、有关原始资料

1.发电厂变电所地理位置图（见附图）。

各变电站布置方式无特殊要求。

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.最大运行方式时，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.各变电站负荷的功率因数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MW

L1

L2

L3

L4

P1

重要负荷率

P2

重要负荷率

P3

重要负荷率

1

15

22

11

10

730

28

65%

26

70%

22

58%

2

17

20

15

12

850

29

25

19

3

25

23

12

15

1020

25

23

18

4

28

25

17

11

780

23

22

17

5

22

27

19

16

690

21

19

16

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、参考文献

1.冯建勤.电气工程基础.北京.中国电力出版社，2010

2.孙丽华.电力工程基础.北京：

机械工业出版社，2006

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，1989

4.姚春球.发电厂电气部分.北京：

中国电力出版社，2004

第一章资料分析

第一节变电所在电力系统的地位

电力系统是由发电机、变压器、输电线路和用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。

电力系统中的这些互联元件可以分为两类，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，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。

其中变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

（1）地区变电所：

高压侧一般为110~220kV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。

全所停电后，仅使该地区中断供电。

第二节负荷资料

今欲组建的110kV降压变电站，有2条110kV进线，10回10KV出线，主要负荷电压等级为10kV。

根据《课程设计任务书》给定的负荷资料：

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，重要负荷率0.65。

第二章主变容量、形式及台数的选择

主变压器是变电站（所）中的主要电气设备之一，它的主要作用是变换电压以利于功率的传输，电压经升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高了经济效益，达到远距离送电的目的。

而降压变压器则将高电压降低为用户所需要的各级使用电压，以满足用户的需要。

主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。

因此，主变的选择除依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，与系统的紧密程度，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的选择

由原始资料可知，我们本次设计的变电站是区域变电站，主要是接受由发电厂变110kV的功率和相邻变电所提供110kV的功率，通过主变向10kV线路输送。

假设主要为I类负荷，停电会对生产造成重大的影响。

因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了提高供电的可靠性，防止因一台主变故障或检修时影响整个变电站的供电，变电站中一般装设两台主变压器。

互为备用，可以避免因主变故障或检修而造成对用户的停电，若变电站装设三台主变，虽然供电可靠性有所提高，但是投资较大，接线网络较复杂，增大了占地面积和配电设备及继电保护的复杂性，并带来维护和倒闸操作的许多复杂化，并且会造成短路容量过大。

考虑到两台主变同时发生故障的几率较小，适合负荷的增长和扩建的需要，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的70%，能保证正常供电，故可选择两台主变压器。

第二节主变压器容量的选择

主变压器容量一般按变电站建成后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，对于城郊变电站主变压器容量应与城市规划相结合，该变电站近期和远期负荷都已给定，所以，应根据近期和远期总负荷来选择主变容量。

根据变电站所带负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电站应考虑当一台主变压器停用时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性变电站当一台主变压器停用时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70--80%。

该变电站的主变压器是按全部负荷的70%来选择，因此装设两台变压器后的总的容量为ΣSe=2×0.7×Pm=1.4Pm。

当一台变压器停运时，可保证对70%负荷的供电。

考虑到变压器的事故过负荷能力为30%，则可保证98%负荷供电。

因为该变电站的电源引进线是110kV侧引进，而高压侧110kV母线负荷不需要经过主变倒送，因此主变压器的容量为Se=0.7S。

（S为10kV侧的总负荷）。

10kV侧负荷

由设计任务书可知，变电所负荷达28兆瓦，功率因素取0.9,主变容量按10kV侧总负荷的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

因此选择2台25兆伏安主变可满足供电要求；

第三节主变压器形式的选择

（1）主变相数的选择

主变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及远输条件等因素,特别是大型变压器尤其需要考虑其运输可能性保证运输尺寸不超过遂洞、涵洞、桥洞的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力，当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电站均应选用三相变压器。

本次设计的变电站位于市郊，交通便利，不受运输条件限制，故可选择三相变压器，减少了占用稻田、丘陵的面积；而选用单相变压器相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及继电保护和二次接线比较复杂，增加了维护及倒闸操作的工作量。

（2）主变调压方式的选择

变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。

切换方式有两种：

不带电切换称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内。

另一种是带负载切换，称为有载调压，调整范围可达20%。

对于110kV的变压器，有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。

所以本次设计的变电站选择有载调压方式。

（3）连接组别的选择

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。

电力系统采用的绕组连接方式只有Y和Δ。

我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接，35kV变压器采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35kV以下电压，变压器绕组都采用Δ连接。

本次设计的变电站的两个电压等级分别为：

110kV、10kV，所以选用主变的接线级别为YN，d11接线方式。

（4）容量比的选择

根据原始资料可知，110kV侧负荷容量与10kV侧负荷容量一样大，所以容量比选择为100/100。

（5）主变冷却方式的选择

主变压器一般采用冷却方式有自然风冷却（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，为了压缩占地面积的情况下，大容量变压器也有采用强迫油循环水冷却方式的。

强迫油循环水冷却方式散热效率高，节约材料，减少变压器本身尺寸，其缺点是这样的冷却方式要在一套水冷却系统和有关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量大。

而本次设计的变电所位于郊区，对占地要求不是十分严格，所以应采用强迫油循环风冷却方式。

因此选择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，可采用的方案有：

方案一：

一、二次侧均采用单母分段接线。

当一段母线发生故障，分段断路器自动切断故障段，保证正常母线不间断供电。

适用于两回以上进线或者进出线较多的总降压变压所。

这种接线的供电可靠性高、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的变电所。

方案二：

一次侧采用内桥接线，二次侧采用单母分段接线。

适用有两回进线和两台变压器的总变电所。

这种接线所用设备少、结构简单、占地面积小、供电可靠性高，适用于有一二类负荷的变电所。

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，本变电所采用方案二。

电气接线图如图附录-Ⅰ所示：

第四章电气设备配置原则

110kv配电装置为室外普通中型布置，110kv采用门型母线架，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。

变电所平面布置如图附录-Ⅱ所示。

第一节断路器的配置

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须装设断路器：

（1）扩大单元回路；

（2）三绕组变压器或自耦变压器回路。

第二节隔离开关的配置

（1）发电机或变压器中性点上的消弧线圈，应装设隔离开关。

（2）接在母线上的避雷器和电压互感器，可合用一组隔离开关。

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，都不能退出运行,它们的检修可与相应回路检修同时进行。

第三节接地开关的配置

（1）为保证电器和母线的检修安全，35kV及以上每段母线根据长度宜装设1~2组接地开关或接地器，两组接地开关间的距离应尽量保持适中。

母线的接地开关宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联隔离开关上，也可装于其他回路母线隔离开关的基座上。

必要时可设置独立式母线接地器。

（2）63kV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地开关。

双母线接线两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地开关。

（3）旁路母线一般装设一组接地开关，设在旁路回路隔离开关的旁路母线侧。

（4）63kV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设一组接地开关。

第四节电压互感器的配置

电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。

电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。

（1）6-220kV电压等级的每组主母线的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的情况和需要确定。

（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的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，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

第五节电流互感器的配置

（1）凡装有断路器的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）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：

发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。

（3）对直接接地系统，一般按三相配置。

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的条件下也可装设三组电流互感器。

线路——变压器串，当变压器的套管电流互感器可以利用时，可装设三相电流互感器。

第五章短路电流计算

（1）根据系统接线图，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如下；

X1*=X2*=0.195×100/（50/0.8）=0.312

X3*=X4*=10.5/63=0.167

X5*=0.4×22×100/115/115=0.067

X6*=0.4×22×100/115/115=0.067

X7*=X8*=10.5/25=0.42

X0*=100/730=0.137

（2）k1短路，短路等效电路图。

X9*=X1*//X2*+X3*//X4*=0.156+0.0835=0.24

X12*=0.204

X10*=0.378

X11*=0.291

系统1计算电抗为

系统2计算电抗为

查表；00.24

0.462.3021.9502.088

0.482.2031.8792.507

2.450.4170.3990.419

2.500.4090.3910.410

系统1电抗标幺值

I"*=2.210

I0.2"*=1.906

I4"*=2.069

系统2电抗标幺值

i”*=0.413

i0.2”*=0.395

i4”*=0.415

则流入K1点的总短路电流为

I"=I"*Sn/Ud1/√3+i"*S/Ud1/√3=3.149KA

I0.2"=I0.2"*Sn/Ud1/√3+i0.2"*S/Ud1/√3=2.883KA

I4"=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*=0.48

X14*=1.343

X15*=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；00.24

1.650.6220.5860.642

1.750.5860.5440.602

系统1电抗标幺值

I"*=0.612

I0.2"=0.577

I4"*=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,则可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变。

I”*=1/Xs*=0.090

I0.2"*=0.090

I4"*=0.090

则流入K2点的总短路电流为

I"=I"*Sn/Ud2/√3+i"*S/Ud2/√3=11.080KA

I0.2"=I0.2"*Sn/Ud2/√3+i0.2"*S/Ud2/√3=10.670KA

I4"=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

主变压器运行方式

短路点

系统最大运行方式

三相短路电流/kA

I0.2"

I4"

分裂

运行

3.149

2.883

3.070

8.030

11.080

10.670

11.294

28.201

第六章主要电气设备选择与校验

一110KV断路器

（1）额定电压选择

断路器电压选择Un不小于电网额定电压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不小于Imax。

据以上数据,可以初步选择LW36-126型六氟化硫断路器,参数如下:

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）额定电流不小于Imax=131.220A

根据以上数据，可以初步选择GW4-126型户外隔离开关，其技术参数如下：

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

根据以上数据，可以初步选择LCWD-110型户外电流互感器,其技术参数如下：

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/kv

110

Un/kv

110

110

110

110

/A

131

3150

600

300/5

（

）

3.14

40

8.03

100

50

66.63

10.4

6400

1600

1687

五10KV引线侧断路器

（1）额定电压选择

断路器电压选择Un不小于电网额定电压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不小于Imax。

据以上数据，可以初步选择ZN28-12型真空断路器，参数如下：

额定电压：

10kV最高工作电压：

12kV

额定电流：

2000A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不小于Imax。

可选择ZN28-12型隔离开关，其技术参数如下：

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。

根据以上数据，可以初步选择LBJ-10型电流互感器,其技术参数如下：

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

本所二次侧的最高电压为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11.5kv

JYN-10：

最高电压11.5kv，额定电流2000kA，额定短路电流选16kA，额定峰耐受电流31.5kA，额定短路持续时间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。

根据以上数据，可以初步选择LBJ-10型电流互感器,其技术参数如下：

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）按发热条件选择截面。

10kv母线的最大持续工作电流为1443.418A。

时，

，双条、平放

型矩形铝母线的允许载流量

1443.418A。

故是10kv汇流母线选择

型矩形铝母线。

（2）热稳定度校验。

满足热稳定度的最小允许截面为

实际选用