发电厂的设计.docx
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发电厂的设计
发电厂电气部分课程设计任务书
一．设计内容
设计一110kV降压变电所，该所位于BY市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电。
电压等级：
110kV：
近期2回，远景发展2回；
10kV：
近期13回，远景发展2回。
电力系统接线简图、负荷资料及所址条件见附件。
二．设计任务
1．变电所总体分析；
2．负荷分析计算与主变压器选择；
3．电气主接线设计；
4．短路电流计算及电气设备选择。
三．设计成品要求
1．课程设计说明书1份；
2．电气主接线图1张。
四．参考资料
一．变电站概括
1.1变电站总体分析
BY市变电站位于市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，是新建地区变电所。
变电站做为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。
本课程设计主要是关于本变电站的一次设计，为了是变电站的一次设计能够很好的接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。
1.变电站类型：
110KV地方降压变电站
2.电压等级：
110/10KV
3.线路回数：
110KV：
2回，备用2回；10KV：
13回，备用2回。
4.地理条件：
平均海拔100m，地势平坦，交通方便，有充足水源，属轻地震区。
年最高气温+42℃，年最低气温-18℃，年平均温度+16℃，最热月平均最高温度+32℃。
最大风速35m/s，主导风向西北，覆冰厚度。
5.负荷情况：
主要是一、二级负荷，市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、印染厂等工业用电；郊区负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。
6.系统情况：
根据任务书中电力系统简图可以看到，本变电站位于两个电源中间，有两个发电厂提供电能，进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电，需要一定的可靠性。
1.2负荷分析及主变压器的选择
负荷计算的目的：
计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。
负荷分析
10KV侧:
近期负荷：
P近=（2＋2＋1＋1＋2＋3＋2＋1.5＋1.5＋1.5）MW=17.5MW
远期负荷:
P远=（３＋３＋1.5＋1.5＋3＋4.5＋3.5＋2＋2＋2＋2＋2）=30MW
=17.5MW+30MW=47.5MW
综合最大计算负荷计算公式:
Sjs=Kt*
*（1+
%）（Kt:
同时系数，取85%；%:
线损,取5%）
Smax近=Kt*
*（1+
%）
=Kt*（
）*（1+
%）
=0.85*17.755*（1+0.05）=15.85MVA
Smax远=Kt*
*（1+
%）
=Kt*（
）*（1+
%）
＝0.85*33.065*1.05=29.51MVA
视在功率:
S=Smax近+Smax远＝15.85MVA+29.51MVA=45.36MVA
1.3主变压器的选择
1.相数的确定
330KV以下的电力系统，在不受运输条件限制时，应用三相变压器。
2.绕组数的确定
对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。
3.主变压器台数的确定
在这次变电站设计中,可以采用一台或两台主变压器,下面对单台变压器和两台变压器进行比较：
技术指标
单台变压器
两台变压器
供电安全比
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
电压损耗略大
电压损耗略小
灵活方便性
灵活性差
灵活性好
扩建适用性
稍差
好
由前设计任务书可知、正常运行时，变电所负荷由110kV系统供电，考虑到重要负荷达到47.5MW，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。
4.变压器容量和型号的确定
1）选择条件（按远景负荷选择）
所选择的n台主变压器的容量nSN，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷Smax，即nSN≥Smax
2）校验条件（按远景负荷校验）
装有两台及以上主变压器的变电所中，当其中一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%（220kV及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷SI和大部分II类负荷SII（220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部I类负荷SI和II类负荷SII）即（n-1）SN≥（0.6~0.7）Smax和（n-1）SN≥SI+SII
（其中n为变电站设计中变压器的台数，在这次设计中，n=2）
因此根据上述式子及负荷分析可以选择两台型号为SFQ720000/110的有载调压变压器，变压器的技术参数如下表所示：
型号
额定电压（KV）
联接组接号
损耗（KV）
空载电流（%）
阻抗电压（%）
高压
低压
空载
负
载
SFQ720000/110
110±2*2.5%
11,10.5,
6.6,6.3
YN,
d11
27.5
104
0.9
10.5
二．主接线的选择
2.1对电气主接线的基本要求
变电所主接线选择的主要原则有以下几点：
1.供电可靠性：
如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。
2.灵活性：
其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。
3.操作方便、安全：
主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。
4.经济性：
即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。
根据以上的基本要求对主接线进行选择。
2.2110kV侧接线的选择
方案
（一）单母线分段接线
优点：
1.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。
2.对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。
缺点：
当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电
方案
（二）:
桥形接线
110kV侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换，因此可采用内桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。
优点：
高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。
缺点：
可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。
方案（三）：
双母线接线
优点：
1.供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。
2.扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。
3.便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。
缺点：
1.增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投资大。
2.当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。
对于110kV侧来说，因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。
对比以上三种方案,从经济性、可靠性等多方面因素考虑，最佳设计方案为方案
（一）。
具有一定的可靠性和可扩展性，而且比双母线投资小。
2.310kV侧接线选择
方案
（一）：
单母线接线
优点：
接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。
缺点：
可靠性、灵活性差、母线故障时，各出线必须全部停电。
方案
（二）：
单母线分段接线
优点：
1.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。
2.对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。
缺点：
当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。
方案（三）：
分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段
优点：
有较大的可靠性和灵活性，且检修断路器时合出线不中断供电。
缺点：
投资增大、经济性能差。
对比以上三种方案：
单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线须全部停电，不能满足I、II类负荷供电性的要求，故不采纳；将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线提供电源，从而可保证供电可靠性；虽然分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段也能满足要求，但其投资大、经济性能差，故采用方案
（二）单母线分段接线。
三．短路电流计算
3.1电力系统简图
图3-1电力系统简图
注：
LGJ150：
0.416Ω/km
LGJ185:
0.410Ω/km
LGJ240:
0.401Ω/km
3.2各回路阻抗的计算（取SB=100MVA,VB=Vav）
图3-2电力系统化简图
最大运行方式下:
根据所选变压器的技术参数可以求变压器的阻抗:
3.3110KV侧短路分析
图形化简:
图3-3110KV侧短路线路化简图
1.
2.△—Y
3.Y—△
4.
起始次暂态电流:
冲击电流：
计算电抗：
查表得：
t=0.2S时，
t=2S及2S后时，
3.410KV侧短路分析
图3-410KV侧短路线路化简图
1.
2.△—Y
3.
4.Y—△
5.
起始次暂态电流:
冲击电流：
计算电抗：
当计算电抗
＜3.45时,其短路电流查表得出;当计算电抗
≥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即
四．电气设备的配置与选择
4.1110kV侧断路器的选择
1.该回路为110kV电压等级，故可选用六氟化硫断路器。
2.断路器安装在户外，故选户外式断路器。
3.回路额定电压Ue≥110kV的断路器，且断路器的额定电流不得小于通过
断路器的最大持续电流Imax=1.05×
＝0.1054（kA）=105.4（A）
4.为方便运行管理及维护，选取110kVSF6断路器为同一型号产品，选为OFPT（B）-110断路器，其主要技术参数如下：
型号
额定
电压
kV
额定
电流
A
最高
工作
电压
kV
额定
开断
电流
kA
动稳
定
电流
kA
4S热稳
定电流
kA
自动重合闸无电流间隔时间
S
固有分闸时间
S
合闸
时间
S
OFPT-110
110
1250
126
31.5
80
31.5
0.03
0.12
5.对所选的断路器进行校验
1）断流能力校验
所选断路器的额定开断电流I。
=31.5kA＞
=7.32kA，则断流能力满足要求。
2）短路关合电流的校验
所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为80kA，流过断路器的冲击电流为18.63kA，则短路关合电流满足要求，因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样，因而动稳定也满足要求。
3）热稳定校验
设后备保护动作时间1s，所选断路器的固有分闸时间0.03s，选择熄弧时间t=0.03S。
则短路持续时间t=1+0.03+0.03=1.06s。
因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计，则
短路热效应
Qk=I”2t=7.322×1.06=56.79kA2.s
允许热效应Ir2t=31.52×4=396
Ir2t＞Qk热稳定满足要求。
以上各参数经校验均满足要求，故选用OFPT（B）-110断路器。
4）断路器配用CD5-XG型电磁操作机构
6.210kV侧断路器的选择
1．该回路为10kV电压等级，故可选用真空断路器。
2．该断路器安装在户内，故选用户内式断路器。
3．回路额定电压为10kV，因此必须选择额定电压Ue≥10kV的断路器，且其额定电流不小于流过断路器的最大持续电流Imax=1.05×
＝1150.7（A）
4．初选SN9-10真空断路器，主要数据如下：
型号
额定
电压
kV
额定
电流
kA
额定开断流电
kA
动稳定
电流
kA
4S热稳定电流kA
固有分闸时间
s
SN9-10
10
1.25
25
63
25
0.05
5．对所选的断路器进行校验
1）断流能力的校验
流过断路器的短路电流IK=9.91kA。
所选断路器的额定开断电流I=25kV＞IK，即断路器的断流能力满足要求。
2）动稳定校验
所选断路器的动稳定电流为63kA，流过断路器的冲击电流ish=25.22KA＜63KA则动稳定满足要求。
3）热稳定校验
设后备保护动作时间1s，所选断路器的固有分闸时间0.05s，选择熄弧时间t=0.03s。
则短路持续时间t=1+0.05+0.03=1.08s。
则Qk=9.912×1.08=94.01kA2.s允许热效应Ir2t=252×4=2500kA2.s
由于短路时间大于1s,非周期分量可忽略不计，则Qk=94.01kA2.s，由于Ir2t＞QK，所以热稳定满足要求
从以上校验可知该断路器满足要求，所以确定选用SN9-10真空断路器。
6.该断路器配用CD10－III型操作机构
4.2110kV侧隔离开关的选择
1．为保证电气设备和母线检修安全，选择隔离开关带接地刀闸。
2．该隔离开关安装在户外，故选择户外式。
3．该回路额定电压为110kV，因此所选的隔离开关额定电压Ue≥110kV，且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流
ImaX=1.05×
＝105.4（A）
4．初选GW4—110D型单接地高压隔离开关其主要技术参数如下：
型号
额定
电压
kV
额定
电流
A
最大工作电压
kV
接地
刀闸
A
极限通过电流kA
4S热稳定电流
kA
有效值
峰值
GW4-110D
110
1250
126
2000
32
55
10
5．校验所选的隔离开关
1）动稳定校验
动稳定电流等于极限通过电流峰值即idw=55kA
流过该断路器的短路冲击电流ish=18.54kA.s，即idw＞ish（55KA＞18.63KA）动稳定要求满足。
2）热稳定校验
断路器允许热效应Ir2t=102×4=400kA2.s
短路热效应QK=
=7.322×1.06＝56.79kA2.s
Ir2t＞QK热稳定满足要求。
经以上校验可知，所选隔离开关满足要求，故确定选用GW4—110D型高压隔离开关。
4.310kV侧隔离开关的选择
1．为保证电气设备和母线检修安全，隔离开关选择不带接地刀闸。
2．隔离开关安装在户内，故选用户内式。
3．该回路的额定电压为10kV所选隔离开关的额定电压Ue≥10kV，额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流
Imax=1.05×
＝1150.7（A）
4．初选GN19—10型隔离开关，其主要技术数据如下：
型号
额定电压（KV）
额定电流
（A）
允许热效应（kA2.s）
动稳态电流（KA）
GN19-10
10
1250
3200
100
5．校验所选的隔离开关
1）动稳定校验
所选隔离开关的动稳定电流100kA
短路冲击电流ish=23.79kA
idw＞ish,动稳定满足要求。
2）热稳定校验
断路器允许热效应I2rt=3200KA2S
短路热效应Qk=94.01KA2S
I2rt＞Qk热稳定满足要求.
从以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用GN19—10型隔离开关。
3）该隔离开关配用CS6型手动式杠杆操作机构。
4.4导线的选择
本设计的110kV为屋外配电装置，故母线采用钢芯铝绞线LGJ，而10kV采用屋内配电装置，故采用硬母线。
1.110KV母线的选择与校验
（1）按最大工作电流选择导线截面S
Imax=1.05×
＝105.4（A）
年最高平均温度为+32℃，而导线长期允许温度为+80℃，查表得温度修正系数K0＝0.89
IYj=Imax/K0=105.4/0.89=118.4（A）
选择110KV母线型号为：
LGJ—150/25，查表得IY=472A。
Imax=118.4A＜KθIY=0.89×472=420.08A满足要求
（2）热稳定校验：
S=150mm2＞Smin=
=
=127.9mm2
满足热稳定要求。
2.10KV母线的选择与校验
由于安装在室内，选用硬母线
（1）按最大持续工作电流选择母线截面:
Imax=1.05×
＝1150.7（A）
IYj=Imax/k0=1150.7/0.89=1292.9（A）
选择10KV母线型号为h100×b8（单条矩形），查表得IY=1547A。
Imax=1150.7A＜KθIY=0.89×1547=1376.8A满足要求
（2）热稳定校验：
S=800mm2＞Smin=
=
=158.97mm2
满足热稳定要求。
（3）动稳定校验
母线采取水平排列平放
则W=bh2/6=8×1002/6=13333（mm3）=13.33×10-6m3
相邻支柱间跨距取L=1.2m
相间母线中心距离取a=0.25m
σmax=0.173ish2×
=0.173×23.792×
=4.51×106pa
σmax＜σy=70×106pa
满足动稳定要求。
4.5互感器的选择
1.电压互感器的选择
变电所每组母线的三相上均安装电压互感器。
详见电气主接线图。
电压互感器应按工作电压来选择：
（1）110KV电压互感器选择JCC1—110
（2）10KV电压互感器选择JDZJ—10
2.电流互感器的选择
凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量符合测量仪表、保护和自动装置的要求。
电流互感器配置详见电气主接线图。
（1）110KV电流互感器的选择
选择电流互感器型号:
LCWD—110，变比如下：
1）线路侧：
I=
=78.73A则取变比取：
100/5
2）变压器至母线及母线分段断路器处：
I=
=104.97A则取变比取：
200/5
（2）10KV电流互感器的选择
选择10KV侧电流互感器型号:
LZZ1—10，变比如下：
1）变压器至母线及母线分段断路器处：
I=
=1049.7A则取变比为：
2000/5
2）线路处，取最大负荷的线路选取：
I=
=236.1A则取变比为：
300/5
4.6避雷器的选择
1.避雷器的配置
（1）配电装置的每组母线上，均装设避雷器。
（2）双绕组变压器的低压侧一相上设置一组避雷器。
（3）变压器高、低压侧中性点均装置避雷器。
变电所避雷器的配置详见电气产接线图。
2.避雷器的选择
（1）110KV选择：
Y1.5W60/144（变压器）
110KV选择：
Y1０WE-100/260（母线侧）
（2）10KV选择：
Y0.5W-14/43
五．参考资料
[1]王士正，冯金光.发电厂电气部分（第三版）.中国水利水电出版社.2004.
[2]于永源，杨绮雯.电力系统分析.中国电力出版社.2007.
[3]狄富清.变电设备合理选择与运行检修.机械工业出版社.2005.
[4]宋继成.220~500KV变电所电气接线设计.中国电力出版社.2004.
[5]卓乐友.电力工程电气设计200例.中国电力出版社.2003.
[6]辽宁省电力有限公司用电检查处.变电所技术标准及规程规范应用手册.辽宁科学技术出版社.2004.
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