电气工程基础课程设计.docx

1、电气工程基础课程设计电气工程基础课程设计题目：110kV降压变电站电气系统初步设计学牛姓名：林俊杰专业：电气工程及其自动化班级：电气0906班学号：200911914指导教师：罗毅变电站电气系统课程设计说明书一、 概述1、设计目的2、设计内容3、设计要求二、 设计基础资料1、待建变电站的建设规模2、电力系统与待建变电站的连接情况3、待建变电站负荷三、 主变压器与主接线设计1、各电压等级的合计负载及类型2、主变压器的选择四、 短路电流计算1、基准值的选择2、概述1、设计目的（1） 复习和巩固电气工程基础课程所学知识。（2） 培养和分析解决电力系统问题的能力。（3） 学习和掌握变电所电气部分设计的

2、基本原理和设计方法。2、 设计内容本课程设计只作电气系统的初步设计，不作施工设计和土建设计。（1） 主变压器选择：根据负荷主变压器的容量、型式、电压等级等。（2） 电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性。（3） 短路电流计算：电力系统侧按无限大容量系统供电处理；用于设备选择时，按变电所最终规模考虑；用于保护整定计算时，按本期工程 考虑；举例列出某点短路电流的详细计算过程，列表给出各点的短路电流计算 结果So | ” |小Ish、Teq （其余点的详细计算过程在附录中列出）。（4） 选择主要电气设备：断路器、隔离开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗器、 电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈。

3、 每类设备举例列出一种设备的 详细选择过程，列表对比给出选出的所有设备的参数及使用条件。（5） 编写次X变电所电气部分设计”说明书，绘制电气主接线图（井2图纸）3、 设计要求(1)通过经济技术比较，确定电气主接线;(2)短路电流计算；(3)主变压器选择；(4)断路器和隔离开关选择；(5)导线（母线及出线）选择；(6)限流电抗器的选择（必要时）。(7)完成上述设计的最低要求；(8)选择电压互感器；(9)选择电流互感器；(10)选择高压熔断器（必要时）；(11)选择支持绝缘子和穿墙套管；(12)选择消弧线圈（必要时）；(13)选择避雷器。 、设计基础资料1、待建变电站的建设规模 变电站类型： 11

4、0 kV降压变电站 三个电压等级： 110 kV、_5 kV、_J0. kV 110 kV :近期线路2回；远期线路 A回_5_kV:近期线路2回；远期线路4_回 _J0_kV:近期线路4回；远期线路_8回2、电力系统与待建变电站的连接情况 变电站在系统中地位：地 变电站 变电站仅采用110 kV的电压与电力系统相连，为变电站的电源 电力系统至本变电站高压母线的标么电抗( Sd=100MVA)为：最大运行方式时 0.28 ；最小运行方式时 0.35 ；主运行方式时 0.30; 上级变电站后备保护动作时间为 2.5s3、 待建变电站负荷 110 kV出线：负荷每回容量 10000 kVA,cos

5、 = 0.9, Tmax= 4000 h 35 kV负荷每回容量 5000 kVA,cos = 0.85, Tmax = 4000 h;其中，一类负荷 0回；二类负荷_2回 10kV 负荷每回容量 1500 kW, cos = 0.95 , Tmax = 4200 h;其中，一类负荷 0回；二类负荷_2回(4) 负荷同时率 0.784、 环境条件 当地年最高气温40C,年最低气温-20C,最热月平均最高气温 350C,年最低气温-50G当地海拔高度：600m雷暴日 15日/年5、其它 变电站地理位置：城郊，距城区约10km变电站供电范围：110 kV线路：最长 100 km，最短50 km;3

6、5 kV线路：最长 60 km，最短20 km ;10 kV低压馈线：最长 15 km，最短 3 km :未尽事宜按照设计常规假设。三、主变压器与主接线设计1、主变压器的选择(1)变压器台数的选择在大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装 设两台变压器为宜；对地区性孤立的一次变电站或复合较高的变电站，在设计 时应该考虑装设三台变压器的可能性。考虑到该变电站为一重要中间变电站， 与系统联系紧密，含有交大份额的一、二类负载，故一起工程选择两台主变压 器，并列运行且容量相等。考虑到地区经济发展较快，远期增加负荷较多，负 荷密度迅速增大，故而起工程增加一台主变压器。变压器是变

7、电站主要电气设备之一，其主要功能是升高或降低电压，以利于电 能的合理输送、分配和使用。从电工学中知道，输电线路中流过的电流越大， 损失的功率就越大。所以采用高压输电减少线路的功率损耗，故将发电厂发出 的电力经变压器升压后输送，送到供电地区后经降压变压器变换成低电压供用 户使用。(2)变压器容量的选择设计的变电站中，35kV侧负荷每回容量5000kVA,cos =0.85, Tmax=4000h; 10kV侧负荷每回容量 1500KW, cos =0.95, Tmax=4200h。近期系统负荷总量和类型统计如下：35kV侧的总负荷S35=5000X 2kVA=10000kVA10kV侧的总负荷S

8、i0= (1500X 4) /0.95kVA=6316kVA近期的总负荷S =0.78X( &5 +S10) =12726kVA远期系统负荷总量和类型统计如下：35kV侧的总负荷S35=5000X 4kVA=20000kVA10kV侧的总负荷Si0= (1500X 8) /0.95kVA=12632kVA远期的总负荷S =0.78X( S?5 +S10) =25453kVA拟选用三台(近期两台、远期增加一台) SFSL710000/110型三绕组变压器，其 容量比为：100/100/50 ;电压比为 110 2X 2.5%/38.5 2X 2.5%/11kV;接线方 式为 YN,y0,d11，

9、阻抗电压为：Uk12%=10.5%,U13%=18%,U23%=6.5% (2)校验变压器的负荷 远期工程的主变压器的负荷率:空逊A 84.84 0030000kVA(3)事故情况下变压器过载能力的校验三台主变，停一台，应承担全部负荷的 70%80远期时，三台主变，停一台，应承担全部负荷的 70%80%。此变电站一台出三绕组变压器各侧容量选择：要求：各侧容量均应15%(远期)110kV： 25453 30000 84.84% 选 Sn变压器容量比100100 50接地方式：110kV :直接接地;35kV :不接地；10kV:不接地所以不考虑自耦变压器2、主接线的选择设计原则：应根据发电厂和变

10、电所在电力系统中的地位和作用，首先应满足电 力系统可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压 登记、进出线回数、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划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵 活性和经济性要求。主接线的选择必须要保证向用户供给符合质量的电能，而且能够适应各种的运 行方式(包括正常，事故和检修运行方式)并能够通过操作来实现运行方式的 变化而且在某一基本回路检修时不影响其它回路的继续运行。其次，主接线还 应该简明清晰，运行维护方便，在满足上述要求的前提下，主接线的设计应简 单，投资少，运行管理费用低，一般情况下，应考虑节

11、约电能和有色金属的消 耗量。即考虑安全、可靠、经济性原则，按照以上原则对主接线进行选择。(1)110k V侧接线的选择方案一：采用单母分段接线优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好，在一段母线发生故障或者 检修的时候另一段仍然可以继续运行。由于接线简单，操作人员发生误操作的 可能性就要小。缺点：不够灵活可靠，当要一路母线检修或者出现故障时，该母线上的负荷会 停电。方案二：采用双母线方式接线优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组母线，一组母线故障后能够通 过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时，可 将其接至备用母线，不直接影响工作母线的正常运行。 )各电源和回

12、路的负荷可 以任意的分配到某一组母线上，可以灵活的调度以适应系统各种运行方式和潮 流变化。缺点：投资较大，由于线路较为复杂，在隔离开关的倒换操作中很容易出现误 操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资 比较结论：经过比较，在保证供电可靠性前提下，就必须适当的增加投资。采 用方案一的供电可靠性太差，一旦发生故障，有可能导致全网停电。故选择双 母线接线，即保证供电可靠性，同时投资也有一定的加大，但是在可以承受的 范围之内。 .(2)35kV侧接线的选择和10kV侧接线的选择方案一：采用单母线接线优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。由于接线简单，操作人员发 生误操作的可能性就

13、要小。缺点：可靠性和灵活性差。当电源线路，母线或者母线隔离开关发生故障或者 检修的时候全部回路停止供电，造成很大的经济损失。方案二：选择单母线分段接线优点：母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。对于双回路线路供电的重要用户，可将双回路接于不同 的母线段上，保证重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在此段的所有回路减少了系统的供 电量，并使该回路的用户停电。方案三：选择单母分段加旁路母线优点：供电可靠，可以不停电而轮流检修每一组进出线，一组母线故障后能够 通过隔离开关的轮换操作来迅速恢复供电。当个别线路需要单独进行试验时， 可将其接至备

14、用母线，不直接影响工作母线的正常运行。缺点：投资大，由于线路较为复杂。在隔离开关的倒换操作中很容易出现误操作，还需在隔离开关与断路器之间加装连锁装置，增加投资。比较结论：由于该两个电压电压等级侧没有一类负荷，2回路的二类负荷，选择方案一可靠 性太差，故采用方案二双母线接线。比较结论：经过比较，一方面要保证可靠性，另一方面要考虑到投资的多少，所以 35kV 母线采用选择单母分段加旁路母线接线方式，而 10kV母线采用单母线分段接线 方式。注：35kV侧和10k V侧的二类负荷均由两个独立电源供电，其来自不同的变电站。三、短路电流以及工作电流计算1、主变压器各侧阻抗的百分值：Uki%=(10.5+

15、186.5)/2=11%Uk2 %=(10.5+6.518)/2=0Uk3 %=(18+6.510.5)/2=7%其标幺值：(Sd=100 000kVA=100MVA)* 11100X1 100101.1X*n 0* 71000.7X皿10010各个电压等级基准电流：1100kv 侧:I Sd100 MVA0.502KAI d 1V3 Ud13 115kV35kv 侧：Id2Sd.3 Ud2100 MVA、3 37kV1.56KA10kv 侧：|d3Sd3 Ud3100MVA3 10.5kV5.5KA2、三相短路电流的计算(远期)：(1)、三台主变同时运行的情况药21/1夕2、5.7IQkVA

16、 K1点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1 IdI10.502kA 1.79kAX *10.28冲击电流：jsh2.551 k2.551.79kA 4.56kA短路功率：Sk-Sd1100 MVA 357 MVAX*10.28正常工作时运行方式下:短路电流：I k1|dl10.502kA 1.67kAX *10.30冲击电流：jsh2.55I k2.551.67kA 4.27kA短路功率：Sk1 Sd1100MVA 333.3MVAX*i0.30最小运行方式下:短路电流：I k1|dl10.502kA 1.43kAX* 10.35冲击电流：jsh2.55I k2.551.43kA

17、3.66kA短路功率：SkSd1100MVA 285.7MVAX *10.35B K2点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：1I kX *1IdI11.56kA2.41kA0.281.1/3冲击电流：ish 2.55Ik2.552.41kA6.14kA短路功率：1 SkSd1100MVA154.64MVAX * 10.281.1/3正常工作时运行方式下:短路电流：I 1 II k IdIX *111.56kA2.34kA0.301.1/3冲击电流：ish 2.551 k2.552.34kA5.97kA短路功率：Sk -SdX*11100 MVA150.0MVA0.301.1/3最小运行方式下

18、:短路电流：I k1|dl11.56kA2.17kAX *10.351.1/3冲击电流：jsh2.551 k2.552.17kA5.55kA短路功率：Sk1 Sd1100 MVA139.5MVAX*i0.351.1/3C K3点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：1I kX* 1|dl0.281(1.15.499kA0.7)/36.25kA冲击电流：ish 2.55Ik2.556.25kA15.9kA短路功率：Sk 1Sd1100MVA113.64MVAX*10.28(1.10.7)/3正常工作时运行方式下:短路电流：I k1 IdI15.499kA6.11kAX* 10.30(1.10.7

19、)/3冲击电流：ish2.55I k2.556.11kA15.58kA短路功率：SkSd1100 MVA111.1MVAX*10.30(1.10.7)/3最小运行方式下:短路电流：I k1 IdIX* 115.499kA5.79kA0.35(1.10.7)/3冲击电流：ish2.551 k2.555.79kA14.76kA短路功率：Sk-SdX*11100 MVA105.3 MVA0.35(1.10.7)/3三台变压器同时运行时最大运行方式下的短路电流如下表一所示:表三台变压器同时工作时短路电流短路点运行方式短路容量(MVA短路电流计算值(kA)I kI ooI shK1最大方式357.01.

20、791.794.56主运行方式333.31.671.674.27最小方式285.71.431.433.66K2最大方式154.62.412.416.14主运行方式150.02.342.345.97最小方式139.52.172.175.55K3最大方式113.66.256.2515.90主运行方式111.16.116.1115.58最小方式105.35.795.7914.76(2)、一台主变停运情况IQkV1ZA K1点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1 IdI10.502kA1.79kAX *10.28冲击电流：jsh2.551 k2.551.79kA 4.56kA短路功率：Sk1

21、 Sd1100 MVA357 MVAX*i0.28正常工作时运行方式下：短路电流：1 k 1|dl10.300.502kA1.67kAX *1冲击电流：jsh2.55Ik2.551.67kA 4.27kA短路功率：Sk1Sd1100 MVA333.3MVAX*10.30最小运行方式下:短路电流：1I k|dl10.502kA1.43kAX* 10.35冲击电流：ish 2.55Ik2.551.43kA 3.66kA短路功率：1 SkSd1100MVA285.7MVAX *10.35B K2点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1 Idl11.56kA1.88kAX *10.281.1/

22、2冲击电流：jsh2.55I k2.552.41kA4.79kA短路功率：SkSd1100 MVA120.5MVAX*10.281.1/3正常工作时运行方式下：短路电流：I k1|dl11.56kA1.84kAX *10.301.1/2冲击电流：jsh2.551 k2.552.34kA4.69kA短路功率：Sk1 Sd1100MVA117.6MVAX*i0.301.1/2最小运行方式下:短路电流：I k1|dl11.56kA1.73kAX *10.351.1/2冲击电流：jsh2.55I k2.552.17kA4.41kA短路功率：SkSd1100 MVA111.1MVAX*10.351.1/

23、2C K3点三相短路电流计算最大运行方式短路电流：I k1 Idl15.499kA4.66kAX *10.28(1.10.7)/2冲击电流：jsh2.55I k2.556.25kA 11.88kA短路功率：Sk1 Sd1100MVA84.7 MVAX * 10.28(1.10.7)/2正常工作时运行方式下:短路电流：I k1 IdI15.499 kA4.58kAX *10.30(1.10.7)/2冲击电流：ish2.55I k2.556.11kA11.68kA短路功率：SkSd1100 MVA83.3MVAX * 10.30(1.10.7)/2最小运行方式下:短路电流：I k1|dl15 49

24、9kA4.40kAX *10.35(1.1U.YT0.7)/2冲击电流：jsh2.55Ik2.555.79kA 11.22kA短路功率：Sk1Sd1100 MVA80 MVAX * i0.35(1.10.7)/2停运一台变压器时最大运行方式下的短路电流如下表二所示:表二:停运一台变压器是短路电流短路点运行方式短路容量（MVA短路电流计算值（kA）I kI ooI sh最大方式357.01.791.794.56K1主运行方式333.31.671.674.26最小方式285.71.431.433.65 最大方式120.51.881.884.79 K2主运行方式150.01.841.844.69最小

25、方式139.51.731.734.41最大方式84.74.664.6611.88K3主运行方式83.34.584.5811.68最小方式80.04.44.411.22由以上数据可以得出最大运行方式下的短路电流，如下表三所示: 表三：最大运行方式下的短路电流短路点编号运行方式短路容量（MVA短路电流计算值（kA）I kI coI sh110kV母 线K1停运一台357.01.791.794.56三台同时运行357.01.791.794.5635kV母 线K2停运一台120.51.881.884.79三台同时运行154.62.412.416.1410kV母 线K3停运一台84.74.664.6611.88三台同时运行113.66.256.2515.903、热稳定计算的等效时间热稳定计算的等效时间