发电厂电气部分课程设计

《发电厂电气部分》课程设计报告110kV降压变电站电气主接线设计

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姓名：谭飞翔

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班级：0314405

学号：0

课程设计是在完成专业课学习后实现培养目标的一个重要教学环节，也是对我们所学知识综合运用的一次测试。通过课程设计初步提高自身综合素质和工程实践能力,使所学的知识得到进一步巩固和升华。同时也对培养我们的敬业品德、独立工作、独立思考、理论联系实际作风具有深远的影响。

根据设计任务书的要求，本次设计为110kV变电站电气主接线的初步设计，并绘制电气主接线图。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV、35kV 和10kV三个电压等级。110KV电压等级采用双母分段线接线，35KV电压等级采用双母接线，10KV电压等级采用单母线分段接线。

本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、熔断器等）、各电压等级配电装置设计。

本设计以《35～110kV变电所设计规范》、《供配电系统设计规范》、《35～110kV高压配电装置设计规范》等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。

1 电气主接线方案设计 (1)

电气主接线方案设计原则及要求 (1)

电气主接线方案设计原则 (1)

电气主接线的基本要求 (1)

可靠性 (1)

灵活性 (2)

经济性 (2)

主接线方案设计 (2)

各电压等级主接线方案选择与论证 (2)

主接线方案的论证 (2)

主接线方案的选择 (3)

接线图示例和总接线图 (4)

各电压等级接线图示例 (4)

电气总接线图 (5)

2 主变压器的选择 (6)

主变压器的选择 (6)

主变压器的台数及容量的确定原则 (6)

主变压器台数及容量的确定 (6)

台数的确定 (6)

容量的确定 (6)

主变压器型号的确定 (7)

3 短路电流的计算 (8)

短路计算的意义、规定与步骤 (8)

短路计算的意义 (8)

短路计算的规定 (8)

短路计算的步骤 (8)

短路点的选择及计算 (9)

短路点的选择 (9)

等值网络图 (9)

计算各元件电抗值 (9)

短路计算 (11)

4 电气设备的选择 (15)

电气设备的选择原则 (15)

断路器 (15)

断路器选择原则 (15)

断路器的选择 (16)

隔离开关 (16)

隔离开关选择原则 (16)

隔离开关的选择 (16)

母线选择 (17)

母线材料选择 (17)

母线截面积的选择 (17)

按长期发热允许电流选择 (17)

总结体会 (19)

参考文献 (20)

1 电气主接线方案设计

电气主接线方案设计原则及要求

电气主接线方案设计原则

(1)考虑变电站在电力系统的地位和作用

变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

(2)考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响

对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。

(3) 考虑主变台数对主接线的影响

变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

(4)考虑备用量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

电气主接线的基本要求

变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。

可靠性

评价主接线可靠性的标志如下：

(1)断路器检修时是否影响供电；

(2)线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；

(3)变电站全部停电的可能性。

灵活性

主接线的灵活性有以下几方面的要求：

(1)调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

(2)检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。

(3)扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

经济性

可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。

主接线方案设计

各电压等级主接线方案选择及论证

主接线方案论证

1、110kV电压等级侧，拟定方案选择双母接线和双母分段接线，其中双母接线供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮换检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，其接线复杂，器件较多，投资相对较大。

双母分段接线，其供电可靠性高，当一段母线发生故障后，备用母线可以继续供电，从而恢复供电，更好的保证该变电站站用电、后续重要负荷以及后续变电站的供电可靠性，虽然接线相对比较复杂，器件较多，使得投资有所增加，但是该种接线的优点是显然的，任何时候都有备用母线，有较高的可靠性和灵活性。

对于该设计中，后续有一级负荷供电，且后续出线回路较多因而必须保证其供电的可靠性，所以双母分段接线方式要优于双母接线，故在110kV侧选择双母分段接线方式。

2、35kV电压等级侧，拟定方案选择单母分段带旁路接线和双母接线，其中单母分段带旁路接线极大的提高了供电可靠性，但是这样的接线增加了一台旁路断路器的投资。操作灵活，接线简单，易于实施。

双母接线中，供电可靠性相比之下要高很多，调度灵活，各个电源和各回路可以任意分配到某一组母线上，能灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要，扩建方便，向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合的分配。双母接线方式，两条母线互为备用，和其他接线方式相比较，虽然接线稍显复杂，投资也有所增加，但其运行的可靠性和灵活性大为提高。

对于该设计中，35kV侧出线回路多，并且有一类负荷，所以必须保证供电可靠性高；同时根据《发电厂电气部分》第四版教材在35-60kV出线数超过8回的，也采用双母接线方式，故在35kV侧选择双母接线。

3、10kV电压等级侧，拟定方案选择单母接线和单母分段接线，其中单母接线的突出优点是：接线简单，操作方便，设备少，经济性好，母线易于延伸，扩建方便，但是它的缺点也是显然的，其供电可靠性差，调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，且线路侧短路时，有较大的短路电流。

单母分段接线中，其接线简单，操作方便，扩建方便，分段断路器正常工作时，可投入也可断开。断开时，两段母线供电互不影响。任一分段母线或母线隔离开关故障或检修时，连接在该段母线上回路都将停电。同时根据《发电厂电气部分》第四版教材所述：变电站有两台主变压器时的6-10kV配电网中，也适合采用单母分段接线。

对于该设计中，两种方案比较之下，单母分段接线的优越性更高，更适合本设计的需要，从以上分析中，证明了该方案的可行性。故在10kV侧选择单母分段接线。

主接线方案选择

本次设计任务书：

1、系统容量S＝42MVA，110kV电源距离为70km，， Xd*=， 35kV系统有10回出线，每回最大负荷3MW, 距离35km，其中1回线路接一类负荷，并设1回备用线路。

2、10kV出线8回，每回最大负荷；设2回备用线路；输送距离25km；

3、负荷同时率；功率因数；站用电率忽略不计；

4、变电所位置海拔400m，年平均气温23度，最高温度40度

根据原始资料，此变电站有三个电压等级：110kV/35kV/10kV,故可初选三相三绕组变压器，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。

选择接线方案如下：

110kV电压等级侧选择双母分段接线，35kV电压等级侧选择双母接线，10kV 电压等级侧选择单母分段接线。

接线图示例和总接线图

各电压等级接线图示例

1、110kV侧：双母分段接线图

2、35kV侧：双母接线图

3、10kV侧：单母分段接线图

电气总接线图

110kV 进线110kV 进线

35kV 侧

侧

出线8回

2 主变压器的选择

主变压器的选择

在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。

主变压器的台数及容量的确定原则

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。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。为此，在选择发电厂主变压器时，应遵循以下原则：

(1)发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度。

(2)发电机全部投入运行时，在满足发电机电压供电的日最小负荷，并扣除厂用负荷后，主变压器应能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统。

(3)发电机电压母线上接有2台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器应能输送母线剩余功率的70%以上。

(4)联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同的运行方式下有功功率和无功功率的交换。

主变压器台数及容量的确定

台数的确定

根据《发电厂电气部分》，为保证供电的可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响对用户供电，变电所一般装设两台主变压器为宜。本变电站出线较多，

所供负荷中有一类负荷，根据在电网中的地位、容量及出线规模，在设计中装设2台同型号等容量的主变压器以保障可靠供电。

容量的确定

35kV侧的负荷为30MW，10kV侧的负荷为12MW，总的负荷为42MW。根据《发电厂电气部分》主变压器容量应根据5-10年的发展进行规划、输出功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装设2台变压器的变电所，每台变压器额定容量一般按下式选择：Sn=。P

为变电所最大负荷。这样，

M

当一台变压器停用时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%，则可保证对70%～80%负荷的供电。由于一般电网变电所大约有25%的非重要负荷，因此采用Sn=，对变电所保证重要负荷来说多数是可行的。所以Sn= ×(30+12)＝。

考虑到在实际运行生产中的经济、规范，便于维护、调试以及安装检修，本变电站所选择相同型号的2台主变压器，单台变压器的容量为。

主变压器型号的确定

110kV、35kV侧采用Y型接线，中性点直接接地；10kV侧采用?型接线。综合以上分析，根据设计理论原则，本站采用的变压器为无激励调压三相三绕组变压器，设计计算容量为29400kVA。查阅《电气设备实用手册上册》确定主变型号为：SFS7-31500/110。

SFS7-31500/110变压器参数如下表：

3 短路电流的计算

短路计算的意义、规定与步骤

短路计算的意义

在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：

(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

(2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

(3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。

短路计算的规定

(1)电力系统中所有电源均在额定负载下运行。

(2)所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。

(3)短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。

(4)所有电源的电动势相位角相等。

(5)应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

短路计算的步骤

(1)选择计算短路点。

(2)画等值网络图。

①首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。

②选取基准容量S

b 和基准电压U

b

（一般取各级的平均电压）。

③将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。

④绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。

(3)化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为

以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗X

nd

。

(4)求计算电抗X

js

。

(5)由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作

到X

js

=）。

①计算无限大容量（或Xjs≥3）的电源供给的短路电流周期分量。

②计算短路电流周期分量有名值和短路容量。

短路点的选择及计算

短路点的选择

凡是需要选择电气设备地方都需要选择短路点，需要进行对比的地方也要选择短路点。本次设计对短路电流计算采用标么值计算，只计算三相短路电流，一

共计算5个短路点，即d

1,d

2

,d

3

,d

4

,d

5

。

等值网络图

计算电路图 等值电路图

计算各元件电抗值

1、系统电抗标么值: Sj=100MVA Se=42000kVA

0017.042000/1007.0/**=?=?=Se S x X j d dj

2、110KV 进线标么值(双回进线)

L=70km r=Ω/km ， Uj=115kV,

Uj S X X j /*?=

106.01151005.0704.02*1=÷???=X

3、主变高压侧电抗标么值:

查《电气设备实用手册上册》变压器技术数据，得：

MVA

Se U U U d d d 5.31%5.6%5.10%5.17)32()31()21(====---

%

25.0%)5.17%5.10%5.6(2/1%)%%(2/1%%

75.6%)5.10%5.6%5.17(2/1%)%%(2/1%%

75.10%)5.6%5.10%5.17(2/1%)%%(2/1%213132331322123231211-=-+?=-+?==-+?=-+?==-+?=-+?=---------U U U U U U U U U U U U

将、%2U 、%3U 的值及Se=，MVA Sj 100=代入《电气设计手册》变压器电抗标么值计算公式e j d d S S U X /100/%*?=，得：

3413

.05.31/75.105

.31/100100/%1*5*2==?==U X X

0079

.05.31/25.05

.31/100100/%3*6*3-=-=?==U X X

2143

.05.31/75.65

.31/100100/%2*7*4==?==U X X

4、10kV 侧线路阻抗标么值： L=25km r=Ω/km ，Uj=

2/*j j U S X X ?= 得：

0702.95.10/100254.02*8=??=X

5、35kV 侧线路阻抗标么值： L=35km r=Ω/km ，Uj=37kV

2/*j j U S X X ?= 得：

0226.137/100354.02*10=??=X

%1U

短路计算

设U j =U p 、S j =100MVA

1、d1点短路：U p =115Kv

d1点短路:

1077.0106.00017.0*=+=∑

X

3234.45100/420001077.0/*>=?=?∑=j S js S S X X

因为：=js X >3 所以: 258.91077

.01

*2*1''*==

==I I I

基准电流： I j1=

p

j U S 3=

115

3100

?= 三相短路电流： I 1″= I *″I j1=×≈冲击电流： i ch1= I 1″=×≈（kA ） 全电流最大有效值：I ch1= I 1″=×≈短路容量： S 1″=13I U p ″=3×110×≈（MVA ） 2、d 2点短路：U p =

2744.02/)0079.03413.0(106.00017.0*=-++=∑

X 3248.115100/420002744.0/*>=?=?∑=j S js S S X X

因为：=js X >3