发电厂电气部分课程设计-设计题目：设计一个35KV变电站的主接线.doc
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发电厂电气部分
课程设计
设计题目：
设计一个35KV变电站的主接线
学校：
西安理工大学
专业：
电气工程及其自动化
班级：
0802
姓名：
**
学号：
*********
指导教师：
*****
时间：
2011年12月24日
目录
前言........................................................................................................................3
第一章：
设计任务………………………………………………………………4
§1.1原始资料………………………………………………………………….4
§1.2电力系统与本站连接情况……………………………………………….4
§1.3负荷分析………………………………………………………………….4
§1.4环境条件…………………………………………………………………4
第二章：
变电站主接线设计……………………………………………………5
§2.1设计步骤………………………………………………………………….5
§2.2主接线图………………………………………………………………….5
§2.3主接线方案的确定……………………………………………………….5
第三章：
短路电流的计算……………………………………………………….7
§3.1概述……………………………………………………………………….7
§3.2为什么要计算短路电流………………………………………………….7
§3.3计算方法………………………………………………………………….8
§3.4求短路电流的标幺值…………………………………………………….9
§3.5求短路电路的有名值…………………………………………………….9
§3.6求短路电流的冲击电流…………………………………………………10
第四章：
电气设备的选择……………………………………………………....10
§4.1概述………………………………………………………………………10
§4.2变压器的选择……………………………………………………………10
§4.3断路器的选择与校验…………………………………………………....11
§4.4隔离开关的选择………………………………………………………....13
§4.5母线的选择………………………………………………………………13
第五章：
设计结果……………………………………………………………....13
§5.1设计图纸…………………………………………………………………13
§5.2设计说明书………………………………………………………………14
结束语……………………………………………………………………………15
主要参考文献…………………………………………………………………16
前言
本次设计以35KV变电站为主要设计对象，分为任务书、说明书两部分，同时附有一张电气主接线图加以说明。
本次设计为35KV变电所电气主接线初步设计，进行了电气主接线的图形式的论证、对电气主接线设计的基本认识和变压器的选择等等。
同时还介绍了怎么去认识和用到断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等相关方面的知识。
本设计选择选择两台主变压器，其他设备如断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。
使其更加贴合实际，更具现实意义。
该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为35KV和10KV两个电压等级。
各个电压等级都采用单母线分段的接线方式。
电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素，若选择错误的电气设备，轻则引起电气设备的损坏，重则导致大面积的事故，影响电力系统，造成重大事故。
限于自己水平有限，内容难免有错误与不足之处，希望老师和同学能给与批评指正。
第一章：
设计任务
§1.1原始资料
1建站的必要性
设计遵循的原则：
严格计算，力争节约投资，降低能耗，注重可靠性，注重安全性，不影响环境，不影响周围居民生活。
2电压等级
本次设计站内主接线分为35KV和10KV两个电压等级
3出线回路
出线回路数在10KV侧有8回，出线向用户供电在35KV侧有2回出线（其中一回直接与电力系统联络，另一回供给县重要工厂用电）。
4负荷情况
据了解该电站在5-10年建设扩建中10KV负荷为10MW。
其中1,2级负荷供电占75%，最小负荷为700MW，水泥厂最大负荷为3MW，最小负荷为2MW。
§1.2电力系统与本站连接情况
电力系统通过35KV主接线，母线与本站直接连接
§1.3负荷分析
1功率因数：
cosφ=0.9
2最大负荷年利用率：
Tmax=4000h
§1.4环境条件
1海拔：
509.4m2
2平均温度：
25.8 ℃
3最高温度：
37.5℃
4最低温度：
-6℃
5雷曝：
36.9天∕年
6土壤温度：
26.7
7交通方便
8不影周边生活区
第二章：
变电站主接线设计
§2.1设计步骤
1、确定变电站高低电压等级，考虑到任务要求负荷最大为10MW，输送距离仅10km左右。
所以选用高压为35KV，低压为10KV的电压等级
2、主接线方案的拟定：
变电站主接线是将电网送来的电压用母线、变压器、断路器、隔离开关等电气设备用一定的形式连接后在送往各用电户，所以变电站的目的在于接受分配和输送。
3、因为35KV母线上有两回线路即一回与电力系统连接，另一回送往县水泥厂，所以35KV电源侧可用单母线连接
4、10KV电压等级中，1,2类符合比例大可考虑用单母线分段接线或外购成套开关柜布置。
因为这样布置会更简单一些，而且经济性好，可靠性又能满足要求。
5、主接线方框图
35kv
总降压变电站
配电站10kv
380kv/220kv
§2.2主接线图（如图一所示）
§2.3主接线方案的确定
有任务书的要求，我们可以选用两种设计方案（如下）：
其一为35KV单母线接线，10KV用单母线分段接线（图一）。
另一方案：
35KV电压等级还可以采用外桥接线，10KV仍用单母线分段接线（图另附：
图二）。
但采用外桥接线要用三台断路器，若从继电保护和负荷计量等综合考虑，仍以图一所示方案更为优先，所以我们最后确定用图一所示方案为最终方案
图一
图二
第三章：
短路电流的计算
§3.1概述
电力系统的电气设备运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们遭到破坏将对用户的正常供电和电气设备的正常运行产生影响。
短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。
在三相系统中，可能发生的短路有：
三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。
其中，三相短路是对称短路，系统各相仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。
电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。
但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。
因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。
§3.2为什么要计算短路电流
1原因：
电气设备有电流通过时将产生损耗，例如载流导体的电阻损耗、载流导
体周围金属构件处于交变磁场中所产生的磁滞和涡流损耗等，这些都将转变成热量使电气设备的温度升高。
长期发热，是由正常运行时工作电流产生的；短时发热，是由故障时的短路电流产生的。
发热时对电气设备将产生很所不利的影响如下：
（1）使绝缘材料的绝缘性能降低。
（2）使金属材料的机械强度下降。
（3）使导体接触部分的接触电阻增加。
导体短路时，虽然持续的时间不长，但短路电流很大，发热量仍然会很高。
这些热量在极短时间内不容易散出，于是导体的温度迅速升高。
同时，导体还受到电动力的作用。
如果电动力超过允许值，将使导体变形或损坏。
由此可见，发热和电动力都使电气设备运行中必须注意的问题。
为了保证导体可靠地工作，须使其发热量不得超过一定限值，所以要计算短路电流。
2短路电流计算的主要目的：
（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）选择断路器等电气设备，或对这些设备提出要求。
（3）为继电保护的设计以及调试提供依据。
（4）评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。
（5）分析计算送电线路对通讯设备的影响。
3短路电流计算的方法
把主接线图变成计算图再简化然后计算
§3.3计算方法
计算电路图
简化
图（a）
简化
图（b）图（c）
以上图a,b,c都是主接线图的简化图
§3.4求短路电流的标幺值
I＊"=1∕X∑＊=1∕0.896=1.115386
§3.5求短路电路的有名值
I"=I＊"·I基基值：
I基=P基∕√3Uav
假定基准值为P基=100MVAUav=10.5KV
则：
I基=5.4984KAI"=6.13027KA
§3.6求短路电流的冲击电流
Ish（3）=Ksh√2I"=1.8×√2×6.13027=15.632KA
Ish（3）电路设计中是不允许的，不加限流电抗
以上计算是按最大运行方式进行的，只有在这种情况下，在选用变电站设备时，才能把经济性和灵活性都考虑在内。
第四章：
电气设备的选择
§4.1概述
导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。
各种电气设备选择的一般程序是：
先按正常工作条件选择出设备，然后按短路条件校验其热稳定和动稳定。
在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。
电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。
§4.2变压器的选择
1、主变压的台数、容量选择：
因为10KV电压级负荷使用单母线分段接线所以要求有两台独立电源。
因此，选用两台主变压器
2、备用方式为暗备用
3、容量选择：
考虑到5-10年规划正常运行时，每台供50%的负荷，若其中一台故障另一台要在事故中过负荷的情况下，能带上1,2级总负荷的75%而工作,所以主变容量为SNT=0.7S∑∕cosφ=0.7×10000∕0.9=7800KVA=8MVA，因此选主变为：
SFL8000，S—铝芯，F—油浸风冷
L—变压器
4、接线方式：
Y∕△
5、阻抗电压：
UK%=7.5%
6、价格：
40
§4.3断路器的选择与校验
一、断路器的选择
1、断路器种类和形式的选择
按照断路器采用的灭弧介质科分为油断路器（多油、少油）\压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。
（1）油断路器：
采用油作灭弧介质，按绝缘结构分为多油式与少油式断路器。
（2）压缩空气断路器：
采用压缩空气作灭弧介质，具有大容量下开断能力强及开断时间短的特点，但结构复杂、尚需配置压缩空气装置，价格昂贵，主要用于220KV以上电压的屋外配电装置
（3）SF6断路器：
采用不可燃和有优良绝缘与灭弧性能的SF6气体作灭弧介质，具有优良的开断性能。
（4）真空断路器：
利用真空的高介质强度灭弧，具有灭弧时间快、低噪声、高寿命以及可频繁操作的优点，已在35KV及以下配电装置中获得最广泛的采用。
2、额定电压与电流的选择
高压断路器的额定电压和电流选择需满足UN.≥USN,IN≥Imax
UN、USN分别为断路器和电网的额定电压（KV），IN、Imax分别为断路器的额定电流和电网的最大负荷电流（A）
3、开断电流选择
一般中小型发电厂和变电站采用中、慢速断路器，开端时间较长，短路电流非周期分量衰减较多，可不计非周期分量影响，采用起始次暂态电流I″校验，即INbr≥I″INbr是指高压断路器的额定开断电流
4、短路开合电流的选择
为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定短路关合电流iNd不应小于短路电流最大冲击值ish，即INd≥ish
5、短路热稳定和动稳定校验
校验式为I2tt≥QKiES≥iSH
6、发电机断路器的特殊要求
（1）额定值方面的要求。
发电机断路器要求承载的额定电流特别高，而且开断的短路电流特别大，着都远超过相同电压等级的输电配电断路器。
（2）开断性能方面的要求。
发电机断路器应具有开断非对称短路电流的能力，其直流分量衰减时间可达133ms，还应具有关合额定短路电流的能力，该电流峰值为额定短路开断电流有效值的2.74倍，以及要具有开断失步电流等能力等。
（3）固有恢复电压方面的要求，因为发电机的瞬态恢复电压是发电机和升压变压器参数决定的，而不是由系统决定的，所以其瞬态恢复电压上升率取决于发电机和变压器的容量等级，等级越高，瞬态恢复电压上升得越快。
7、Igmax的计算
Igmax=1.05*PN／√3*UNCOSA=10.5*8*103／√3*10.5*0.8=578.03A
所以选用断路器的型号为SN10-19I／630（查附表5）
二、断路器的校验
热稳定的校验
Qk=（I〃）2t=6.130272*1.25=46.97（（KA2）*s）
T=1.25s=1s（继电器的全断开时间）
0.2s（少油继电器的全断开时间）
0.05s（少油断路器的燃弧时间）
所以Qk=47＜20000满足要求。
§4.4隔离开关的选择
因为UN=10KVIgmax=578.3A所以选择隔离开关的型号为GN6-10／600
§4.5母线的选择
选矩形截面的母线，理由：
矩形的周长大于圆形，易于散热。
选择结果：
计算数据
断路器型号SN10-10I／630
隔离开关型号GN6-10／600-52型
额定电压UN=10KV
10KA
10KV
最大持续工作电流Imax=578A
630A
600A
短路电流I"=6.13KA
16A
短路冲击电流ish=15.632KA
40KA
20A
周期分量热效应Qk=47KA2*S
40*40*1.25=2000KA2*S
20*20*4=1600KA2*S
第五章：
设计结果
§5.1设计图纸
§5.2设计说明书
本次设计以35KV变电站为主要设计对象，分为任务书、说明书两部分，同时附有一张电气主接线图加以说明。
该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为35KV和10KV两个电压等级。
各个电压等级都采用单母线分段的接线方式。
本次设计中进行了电气主接线的图形式的论证、对电气主接线设计的基本认识和变压器的选择等。
同时还介绍了怎么去认识和应用断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等相关元件方面的知识。
结束语
所设计的内容力求概念清楚，层次分明，通过本次课程设计，达到巩固“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握变电站电气部分设计的基本方法，体验和巩固我们所学的专业基础和专业知识的水平和能力，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际题，培养我们独立分析和解决问题的能力的目的。
务求使我们更加熟悉电气主接线，电力系统的潮流及短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用，掌握变电站电气部分设计的基本方法，并在设计中增新、拓宽。
同时让我们理论联系实际，系统、全面地掌握所学知识，培养我们分析问题、工程计算和独立工作的能力，让我们树立工程观点、社会主义市场经济观点，初步掌握发电厂电气部分的设计方法，并在计算、分析和解决工程实际问题等方面得到训练，提高专业知识，拓宽、提高专业知识，完善知识结构，开发创造型思维，提高专业技术水平和管理，增强计算机应用能力，为今后从事电力系统及发电厂有关设计、运行、科研等方面的工作奠定坚实的基础。
随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是对稳固性、可靠性和持续性。
然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电所的合理设计和配置。
一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。
出于这几方面的考虑，对于变电站内的主设备进行合理的选型。
本次设计是在蓝茂田老师的指导下完成的，在设计的全部过程中，曾多次从网上及图书馆查找资料，在老师的帮忙之下，我找到了设计的相关各类参考资料，这对我的设计有了很大程度上的，另外也得到同学的大力支持，在此，我衷心的感谢他们在我这次设计过程当中对我的种种帮助和支持。
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