发配电课设.docx
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发配电课设
河南理工大学
《发配电课程设计》报告
（2019—2020学年第一学期）
姓名：
专业班级：
学号：
指导教师：
河南理工大学电力系
《发配电课程设计》考核表
考核指标
所占分值比例
得分
在线
观看课程视频、参与课程讨
20%（20分）
学习
论、参加单元测试和考试
指导过
具有踏实的学习态度，能够
与指导教师对专业问题进行
10%（10分）
程考核
沟通交流
图纸图框、图例符合标准、
布局合理、图面整洁。
所提交
报告排版规范，报告结构合
图纸和
理，表述严谨、准确，具备
报告考
书面表达专业问题的能力。
核
10%（10分）
10%（10分）
合计
答辩
考核
得分
总计
主接线设计合理、计算正确、设备选型满足工程应用。
合计
指导教师签字：
答辩提问问题记录：
能够准确运用专业术语与答辩教师进行有效交流，准确回答教师提出的问题。
答辩教师签字：
30%（30分）
80%（80分）
20%（20分）
1
课程设计目的与要求....................................................................................................
1
1.1
课程设计目的......................................................................................................
1
1.2
课程设计要求................................................................................................
1
2
原始资料分析..........................................................................................................
2
3
负荷统计计算与无功补偿.............................................................................................
3
3.1
负荷统计计算......................................................................................................
3
3.2
无功补偿容量计算.............................................................................................
4
3.2.1
无功补偿容量的确定..............................................................................
4
3.2.2
无功补偿后的功率因数...........................................................................
4
4
主变压器选择.................................................................................................................
6
4.1
变压器选择原则................................................................................................
6
4.1.1
变压器台数的选择原则...........................................................................
6
4.1.2
变压器容量的选择原则...........................................................................
6
4.1.3
变压器型式和结构的选择原则...............................................................
6
4.2
变压器台数和容量的确定.................................................................................
8
4.3
主变压器型式选择.............................................................................................
9
5
电气主接线设计..........................................................................................................
10
5.1
电气主接线设计要求与原则............................................................................
10
5.1.1
电气主接线设计的基本要求.................................................................
10
5.1.2
电气主接线的设计原则.........................................................................
10
5.2
110kV侧电气主接线设计................................................................................
11
5.3
10kV侧电气主接线设计..................................................................................
12
5.4
110kV变电站主接线形式................................................................................
13
6
短路电流计算..............................................................................................................
15
6.1
短路电流计算目的...........................................................................................
15
6.2
短路计算点的确定............................................................................................
15
6.3
短路电流计算....................................................................................................
15
6.3.1短路计算原理15
6.3.2短路计算过程17
6.4短路计算结果19
7主要电气设备选择20
7.1电气设备选择的一般原则20
7.1.1按正常条件选择20
7.1.2按短路情况校验21
7.2断路器的选择22
7.2.1110kv侧断路器的选择22
7.2.210kV侧断路器的选择24
7.3隔离开关的选择28
7.3.1110kv侧隔离开关的选择28
7.3.210kV侧隔离开关的选择28
7.410kV母线的选择29
8总结31
参考文献32
（课程设计目的与要求
1.1课程设计目的
（1）加深课堂理论的学习和理解；培养综合运用所学基础课、理论课、专业课知
识去分析和理解本专业范围内的一般工程技术问题的能力，通过专业设计进一步巩固、
扩大和深化所学的理论知识和基本技能，从而实现理论与实践相结合的最终目的。
（2）得到一定的工程实践锻炼；掌握电力系统设计的基本方法：
熟练一些电力系
统中的基本计算；培养电力工程设计能力，基于所学理论知识，结合《电力设计技术
规范》等工程技术规程，理论联系实际，学以致用。
1.2课程设计要求
（1）课程设计应根据设计任务书以及国家的有关政策和相关专业的设计技术规程、
规定进行。
（2）本着安全可靠、技术经济合理的精神，遵照有关规程规范，结合我国变电站
技术发展水平的现状及条件，力求系统简单可靠，并考虑一定的发展余地，同时注意
吸取和采用国内外的先进技术，做出质量较高，满足工程要求的发配电系统设计。
（3）提交设计计算说明书一份，要求说明书内容力求简洁，符合格式要求，同
类计算仅举一例，其余只需列出基本参数和计算结果于表内。
（4）用一号图纸画电气主接线图一张，注意整个图纸的结构布置及设备图形符号
的正确运用，要标出主要设备型号及主要规格等，图纸标准符合工程制图要求，标题
栏应包含图名称、设计人、审核人、设计单位、设计时间等。
1
2原始资料分析
（1）变电站类型
某110kV降压变电站，有两条110kV架空进线，来自不同的变电站：
一条长度为
20km，型号LGJ185，其上一级变电站110kV母线的短路容量为1000MVA；另一条长度为25km，型号LGJ185，其上一级变电站110kV母线的短路容量为1100MVA；
（2）在电力系统中的地位和作用
变电站是电源、升降电压和分配电力的场所，是联系发电厂和用户的中间环节，在电力系统中的作用主要是将发电机输出的电压转化为用户使用的电压等级、分配输送到用户使用。
（3）负荷情况
本变电站10kV侧有12回电缆出线。
继电保护的动作时间为1.5s。
最大负荷利用小时数为5000h/年。
负荷情况如下：
线路编号
负荷类型
容量（kW）
功率因数
离110kV变电
站距离（km）
1#
民用
1500
0.9
3.5
2#
市政
1300
0.9
2.5
3#、4#
学校
3000
0.89
4
5#、6#
医院
1800
0.88
3
7#
食品厂
2000
0.87
4.3
8#、9#
水泥厂
3200
0.86
5
10#、11#
轴承厂
4300
0.88
5
12#
印刷厂
2500
0.85
3
10kV侧共12回出线为8个负荷供电，其中一、二类负荷为学校、医院、水泥厂和轴承厂，占总负荷的62%。
最大负荷的同时系数为0.85。
要求10kV侧无功补偿后的功率因数不小于0.95。
（4）环境条件
变电站海拔高度为500m，最高温度为40?
C，最低温度为-7?
C。
最高月平均温度
为34?
C。
该所附近地势平坦，交通便利，可不考虑环境污染影响。
2
3负荷统计计算与无功补偿
3.1负荷统计计算
由于10kV母线上各出线负荷是各电力用户的最大负荷，所以母线的最大负荷需
要考虑同时系数，即：
3-1
式中：
Pn——各出线最大负荷；
Kt——母线上各回路最大负荷的同时系数。
%——该电压等级电网的线损率，一般为5%。
无功功率：
3-2
视在功率：
3-3
运用上述公式，将原始数据代入式中，计算如下：
10kV母线上的最大负荷为：
=19600×0.85
=17493（kW）
无功功率为：
视在功率为：
3
≈19734.2kVA
3.2无功补偿容量计算
3.2.1无功补偿容量的确定
自然功率因数cosφ1按下式确定：
3-4
式中P∑──用户10kV母线上的计算有功功率，kW；
S──用户10kV母线上的计算视在功率，kVA。
带入数据，计算如下：
按照功率因数0.95补偿，则无功补偿容量可由下列公式计算：
QCP（tan1
tan2）
3-5
计算得：
=3218.7（kVar）
选用BFM10.5-300-1电容器，电压
10kV每柜容量为300（kVA），则柜数应
为：
=3218.7/300
≈10.7
取偶数得N12柜
实际补偿容量：
3.2.2无功补偿后的功率因数
计算补偿后视在功率为：
3-6
补偿后的功率因数为：
4
3-7
带入数据，计算得：
补偿后功率因数大于0.95，符合国家电力规程规定要求。
5
4主变压器选择
4.1变压器选择原则
4.1.1变压器台数的选择原则
变压器设计规范中，对有大量一、二级负荷的变电站，应满足电力负荷对供电可
靠性的要求，装设两台主变压器，当经济比较合理时，可装设两台以上的主变压器，
若只有一条电源进线，或变电站可由低压侧电网取得备用电源时，可装设一台主变压
器；若绝大部分负荷为三级负荷，少量一、二级负荷可由邻近低压电力网取得备用电
源时，可装设一台主变压器。
4.1.2变压器容量的选择原则
主变容量一般按变电站建成后5～10年规划负荷来进行选择，并适当考虑运期
10~20年的负荷发展。
对装有一台变压器的变电站，主变压器的容量应满足全部用电
设备总计负荷的需要；装有两台变压器的变电站，每台变压器的容量应满足全负荷的
70%～80%，且当一台出现故障时，另一台应能承担全部一、二级负荷；装有两台以
上变压器的变电站，所有变压器的总额定容量应不小于无功补偿后的计算客量。
4.1.3变压器型式和结构的选择原则
41）相数
变压器有单相变压器和三相变压器。
客量为300MW及以下机组单元连接的主变
压器和330kV及以下电力系统，一般都应选择三相变压器。
（2）绕组数与结构
电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕线等型式，按电磁结构
分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。
机组容量为125MW及以下的发电厂或变电站多采用三绕组变压器，但三绕组变
压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%及以上，否则绕组未充分
6
利用。
在110kV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器，它损耗小、份格低，但主要潮流方向应为低压和中压同时向高压送电，或反之，且化化不宜过大，并注意自耦变压器限制短路电流的效果较差。
（3）绕组联结组号
变压器三相绕组的联结组号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结方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。
因此，变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。
在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对
电源的影响等因素，主变压器联结组号一般都选用个YNd11常规接线。
（4）阻抗和调压方式
变压器阻抗实质是绕组之间的漏抗，当变压器的电压比、型式、结构和材料确定之后，其阻抗大小一般和变压器容量关系不大，各侧阻抗值的选择应从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、短路电流、继电保护、系统内的调压手段和并联运行等方面综合考虑，以对具体工程起决定性的因素确定。
对于双绕组变压器，一般按标准规定值选择；对于三绕组普通型和自耦型变压器各侧阻抗，按用途即升压型或降压型确定。
为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内。
通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。
应当
看到，这种调压仅改变电网无功潮流分配，调整范围通常在±2×2.5%以内，应视具
体工程情况而定；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%，其结构复杂，价格昂贵。
（5）冷却方式
油浸式电力变压器的冷却方式随其型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。
中、小型变压器通常采用依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器和电
动风扇的自然风冷却及强迫风冷却方式散发热量；容量在31.5WVA及以上的大容量变压器一般采用强迫风冷却；容量在350MVA及以上的特大变压器一般采用强迫油循环导向冷却。
此外，气体变压器冷却方式与油浸式相似，而干式变压器因容量较小，一般为
7
自然风或风扇冷却两种方式。
（6）中性点的接地方式
电网的中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。
本变电站所选用的主变为自耦型三绕组变压器。
规程上规定：
凡是110kV-500kV
侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器6-63kV采用中性点不接地。
所以主变压器的110kV侧中性点采用直接接地方式，10kV侧中性点采用不接地方式。
4.2变压器台数和容量的确定
已知该降压变电站经两条10kV架空线路与系统相连，10kV侧所供电的负荷中有
大量一、二级负荷，故在本设计中装设两台主变压器，互为备用。
正常运行时，两台变压器同时投入工作，每台变压器承担50%的计算负荷，当一
台变压器进行检修或发生故障停运时，另一台变压器能承担起全部一、二级负荷的供
电。
确定变压器容量:
根据负荷计算，由于采用两台变压器互为暗备用并联运行，单台变压器容量按选择，并考虑5-10年规划，留有5%的发展余地。
4-1
可知所选择的变压器容量即可。
考虑两台主变压器互为暗备用，变电所的一台变压器停止运行时，另一台变压器
能保证全部负荷的70%，考虑5-10年的计算规划并留有一定的裕量。
所以选择的变压器容量大于20934.5kVA.
单台变压器运行要满足一级和二级负荷的供电需要，一、二级负荷为
3000+1800+3200+4300=12300kVA
所以变压器的容量最少为12300kVA
根据计算结果，该设计中选用的主变压器的容量规格为25000kVA。
8
4.3主变压器型式选择
根据主变压器型式和结构选择原则，综合考虑该站的环境、电压等级、负载情况
等因素，选用变压器型号为SF11-25000/110的压器。
该站主变压器的型式和技术参数分别如表4-1和表4-2所示：
表4-1主变压器的型式
相数
三相
绕组数
双绕组
绕组联结组号
YNd11
调压方式
无励磁调压
冷却方式
自然风冷却
表4-2主变压器的技术参数
电压（kV）
损耗（kW）
空载
型号规格
联结组
阻抗电
重量
尺寸
（kVA）
低
压（%）
电流
（mm）
高压
空载
负载
号
（㎏）
压
（%）
SF11-25000110±2
12.5
59.9
YNd11
10.5
0.6228000
4900×3810
/110
10.5
×1600
×2.5%
9
5电气主接线设计
5.1电气主接线设计要求与原则
5.1.1电气主接线设计的基本要求
电气主接线的基本要求，截括的说包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。
51）可靠性
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
停
电会使发电厂、国民经济部门造成巨大经济损失，还可能会导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等社会影响。
电气主接线的可靠性不是绝对的。
在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等因素。
主接线可靠性的基本要求通常包括以下几个方面：
断路器检修时，不宜影响对系统的供电；线路其、断路器或母线故障时，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回路数和供电时间，并能保证对全部一类及全部或大部分二类用户供电；尽量避免变电站全部停电的可能性；大型机组突然停运时，不应危及电力系线稳定运行。
（2）灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。
应包括:
操作的方便性，调度的方便性和护建的方便性等几个方面。
（3）经济性
通常设计应该在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
主要从节省一次投
资、占地面积少和电能损耗少等方面考虑。
5.1.2电气主接线的设计原则
设计变电所电气主接线时，所遵循的总原则：
符合设计任务书的要求；符合有关
10
的方针、政策和技术规范、规程；结合具体工程特点，设计出技术经济合理的主接线。
为此，应考虑下列情况：
（1）明确变电所在电力系统中的地位和作用
各类变电所在电力系统中的地位是不同的，所以对主接线的可靠性、灵活性和经济性等的要求也不同。
（2）确定变压器的运行方式
有重要负荷的变电所，应装设两台容量相同或不同的变压器。
负荷低时，可以切除一台，以减小空载损耗。
（3）合理地确定电压等级
变电所高压侧电压普遍采用一个等级，低压侧电压一般为1～2个等级，目前多为一个等级。
（4）变电所的分期和最终建设规模
变电所根据5-10年电力系统发展规划进行设计。
一般装设两台（组）主变压器，当技术经济比较合理时，终端或分支变电所如果只有一
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