电气工程基础课程设计报告华科电气.docx

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电气工程基础课程设计报告华科电气

课程设计说明书

设计题目110kV变电站电气系统初步设计

电气学院电气工程及其自动化专业班

学生姓名：

学号：

完成日期：

指导老师（签字）：

华中科技大学

对说明书的基本要求及注意事项

1.说明书的编号内容参看课程设计指导书中的有关部分。

2.为清楚说明设计计算内容，应有必要的插图。

3.除插图可用铅笔绘制外，计算和说明一律用钢笔书写，并要求计算正确、完整、文字简明扼要、简介。

（打印一律用黑色）

4.设计过程中所应用的公式和数据，应注明来源（参考资料的代号、页次以及图表编号等）。

5.根据计算稿本整理设计主要过程时，只须首先列出文字符号表达的计算公式，然后依次代入各相应文字符号的数值，就直接写出计算结果（不作任何运算和简化，但计算结果必须注明单位）。

6.设计中所选主要参数，尺寸或规格以及主要计算结果等，均应写入右侧结果栏中，有的也可采用表格形式列出。

7.对主要计算结果应用简短的结论。

如计算结果与实际取值相差较大时，应作简短的解释，并说明其原因。

8.对每一自成单元的内容，都应有大小标题和前后一致的顺序编号，使其醒目突出。

9.封面所列“设计题目”一栏，只须填写所设计的具体名称即可。

关于模板说明：

前面两页必须打在同一页，即双面打印，后面内容单面打印。

110kV变电所电气系统设计说明书.........................................................................3

一、概述..................................................................................................................3

1.设计目的.....................................................................................................3

2.设计内容.....................................................................................................3

3.设计要求.....................................................................................................3

二、设计基础资料...................................................................................................4

1.待建变电站的建设规模..............................................................................4

2.电力系统与待建变电站的连接情况...........................................................4

3.待建变电站负荷..........................................................................................4

4.环境条件.....................................................................................................4

5.其它.............................................................................................................4

三、主变压器及主接线设计....................................................................................5

1.各电压等级的合计负载及类型...................................................................5

2.主变压器的选择..........................................................................................5

四、短路电流计算...................................................................................................9

1.基准值的选取..............................................................................................9

2.各元件参数标幺值的计算.........................................................................10

3.用于设备选择的短路电流计算.................................................................10

五、电气设备选择.................................................................................................12

1.电气设备选择的一般条件.........................................................................12

2.各回路的工作电流计算............................................................................13

3.断路器和隔离开关选择............................................................................14

4.导线的选择................................................................................................20

5.限流电抗器的选择....................................................................................22

6.电压互感器的选择....................................................................................23

7.电流互感器的选择....................................................................................24

8.高压熔断器的选择....................................................................................26

9.支持绝缘子和穿墙套管的选择.................................................................26

10.消弧线圈的选择......................................................................................27

11.避雷器的选择..........................................................................................27

六、课程设计体会及建议.....................................................................................29

参考文献................................................................................................................29

附录........................................................................................................................30

短路电流计算书.............................................................................................30

附图：

110kV变电所电气主接线图（#2图纸）..................................................33

第页

设计计算与说明

主要结果

一、

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）培养分析问题和解决问题的能力

（3）学习和掌握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法

2设计内容

本设计只做电气部分的初步设计，不作施工设计和土建设计

（1）主变压器选择：

根据负荷选择主变压器的容量、型式、电压等级

（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：

不同运行方式（大、小、主）、短路点与短路类型

（4）主要电气设备的选择：

断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈、避雷器等

（5）绘制电气主接线图

3设计要求

（1）制定任务书

（2）确定变压站各电压等级的合计负荷及负荷类型

（3）选择主变压器，确定型号、相数、容量比等

确定电压等级；各侧总负荷；选择台数、容量；校验近、远期变压器的负荷率，若不满足规程规定，应采取的措施；校验事故情况下变压器的过载能力；接地方式。

最终必须确定主变压器的：

型号、相数、容量比、电压比、接线组别、短路阻抗等

（4）电气主接线设计

对每一个电压等级，拟定2～3各主接线方案，先进行技术比较，初步确定2-3个较好的方案，再进行经济比较，选出一个最终方案。

（5）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Sk、I”、I∞、Ish、Teq（其余点的详细计算过程在附录中列出）。

（6）电气设备选择

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。

二、

设计基础资料

1待建变电站的建设规模

变电站类型：

110kV降压变电站

三个电压等级：

110kV、35kV、10kV

110kV：

近期进线2回，出线1回；远期进线1回，出线1回

35kV：

近期4回；远期2回

10kV：

近期6回；远期2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：

终端变电站

变电站仅采用110kV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0.30；

最小运行方式时0.40；

主运行方式时0.35

上级变电站后备保护动作时间为3s

3待建变电站负荷

110kV出线：

负荷每回容量12000kVA，

cosϕ＝0.9，Tmax＝5000h

35kV负荷每回容量4000kVA，

cosϕ＝0.85，Tmax＝4000h；

其中，一类负荷1回；二类负荷2回

低压负荷每回容量1425kW，cosϕ＝0.95，Tmax＝4000h；

其中，一类负荷2回；二类负荷2回

负荷同时率0.9

4环境条件

当地年最高气温400C，年最低气温-200C，最热月平均最高气温350C，年最低气温-50C

当地海拔高度：

600m

雷暴日：

10日/年

5其他

变电站地理位置：

城郊，距城区约10km

变电站供电范围：

110kV线路：

最长100km，最短50km；

35kV线路：

最长60km，最短20km；

10kV低压馈线：

最长30km，最短10km；

未尽事宜按照设计常规假设。

第页

设计计算与说明

主要结果

三主变压器选择

1电压等级

待建变电所的电压等级为110kV/35kV/10kV。

2各侧总负荷

110kV近期负荷：

S110=12000*1*0.9=10800kVA

35kV近期负荷：

S35=4000*4*0.9=14400kVA

10kV近期负荷：

S10=1425/0.95*6*0.9=8100kVA

近期总负荷：

S近=10800+14400+8100=33300kVA

110kV远期负荷：

S’110=12000*1*0.9=10800kVA

35kV远期负荷：

S’35=4000*2*0.9=7200kVA

10kV远期负荷：

S’10=1425/0.95*2*0.9=2700kVA

远期总负荷：

S’=10800+7200+2700=20700kVA

总负荷：

S总=33300+20700=54000kVA

其中重要负荷，即一、二类负荷：

S重要=4000*3*0.9+1425/0.95*4*0.9=16200kVA

3选择台数、容量

确定原则：

大中型发电厂和枢纽变电所，主变不应少于2台；按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，并适当考虑远期10~20年的负荷发展；对重要变电所，应考虑一台主变停运，其余变压器在计及过负荷能力及允许时间内，满足I、II类负荷的供电；如果有两台变压器，每台容量应能满足全部供电负荷的60%~70%，即33000*（60%~70%）=19800~23100kVA。

根据以上原则，一期工程选择2台20000kVA主变压器，二期工程增加1台20000kVA主变压器。

4校验变压器负荷率

近期变压器负荷率：

33300/（20000*2）*100%=83.25%

远期变压器负荷率：

54000/（20000*3）*100%=90%

近期、远期皆留有一定的裕度，且利用率较高，经济性较好。

5校验事故情况下的过载能力

近期一台主变压器停运,其余变压器担负全部负荷的70%时，过载率：

33300/20000*70%=116.55%

此时担负重要负荷：

16200/20000*100%=81%

远期一台主变压器停运,其余变压器担负全部负荷的70%时，过载率：

54000/（20000*2）*70%=94.5%

6接地方式

我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。

35kV以下电压变压器绕组都采用∆连接。

7变压器最终确定

变压器各侧负荷百分比：

110kV侧：

10800＞1/2SN

35kV侧：

14400＞1/2SN

10kV侧：

8100＜1/2SN

故容量比为100/100/50。

每侧绕组的通过容量都达到额定容量的15%及以上，所以采用三相三绕组变压器。

而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10KV及以下变电站采用一级有载调压变压器。

故本站主变压器选用有载三相三绕组变压器。

综上所述，拟选择主变压器型号为SFSL7-20000/110的三相三绕组电力变压器，一期2台。

二期增加1台。

其参数如下：

型号：

SFSL7-20000/110

相数：

三相

容量比：

100/100/50

电压比：

110/35/10.5

接线组别：

YN，yn0，d11

短路阻抗：

Uk（1-2）=10.5%;Uk（1-3）=18%;Uk（2-3）=6.5%

四电气主接线设计

设计原则：

根据国家标准《GB50059-9235～110kV变电所设计规范》，变电所的主接线，应根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负载性质等条件确定。

并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。

35～110kV线路为两回及以下时，宜采用桥型、线路变压器组或线路分支接线，超过两回时，宜采用扩大桥型接线、单母线或分段单母线接线。

110kV线路为6回以上时，宜采用双母线接线。

220kV及以下，当进出线回路多，输送功率打，可采用有母线的接线形式。

无母线接线，通常用于进出线回路少且不在扩建的情况。

根据国家标准，当变电所有两台主变压器时，6～10kV侧宜采用分段单母线。

线路为12回及以上时，亦可采用双母线。

当不允许听见检修断路器时，可设置旁路设施。

当6～35kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。

采用单母和双母接线的110kV~220kV电压等级，若断路器停电检修时间较长，一般应设置旁路母线。

35kV以下电压，由于供电距离不远，对重要用户可采用双回线路；若单母分段，也可设置不带专用断路器的旁路母线接线。

（1）110kV侧

其近期进线2回，出线1回；远期进线1回，出线1回，综上原则。

比较好的方案有：

方案一：

单母线分段接线

其特点：

技术方面：

简单清晰，设备较少；可靠性较差，灵活性较差；母线分段减少了故障或检修时的停电范围。

经济方面：

设备较少，投资较小

方案二：

单母线分段带旁母接线

其特点：

技术方面：

可靠性较高，灵活性较好；检修断路器时不用停电；倒闸操作较复杂，容易误操作

经济方面：

占地较大，投资较多

综合考虑，单母线分段带旁母的方案虽然在供电可靠性上显得更满足负荷的要求，但占地大，投资多。

相反，待建变电所在110kV侧近期和远期的负荷率都不高，用双倍的投资换取略高的可靠性是不划算的。

另一方面，各种新型断路器的出现和成功运行表明，断路器的检修问题可以不用复杂的旁路设施来解决，而用备用的断路器来替代需要检修的断路器。

且替代断路器的方法相当轻便，不会对负荷造成较大影响。

综上，110kV侧选用单母线分段接线。

（2）35kV侧

其近期4回；远期2回，综合设计原则，较好的方案有：

方案一：

单母线分段带旁母接线

其特点：

技术方面：

简单清晰，操作方便；可靠性较差，未接旁母回路检修时仍需停电；母线分段减少了故障或检修时的停电范围。

经济方面：

用母线分段断路器兼做旁路短路器节省投资；设备较少，占地小

方案二：

双母线接线

其特点：

技术方面：

可靠性高，调度灵活；易于扩建为大中型变电所；线路复杂，容易误操作

经济方面：

投资多，配电装置复杂。

综合以上分析，虽然双母线接线的方案具有供电更可靠，调度更灵活，又便于扩建的优点，但常常还需采取在断路器和相应的隔离开关之间加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑闭锁等防止误操作的安全措施，大大增加了投资，只在我国大中型发电厂和变电站中广泛使用。

对于待建的110kV变电站，在满足重要负荷供电需求的同时应考虑投资的经济性。

综上，35kV侧选用单母线分段带旁母接线。

（3）10kV侧

其近期6回；远期2回，综合设计原则，较好的方案有：

方案一：

单母线分段接线

其特点：

技术方面：

简单清晰，设备较少；可靠性较差，灵活性较差；母线分段较少了故障或检修时的停电范围。

经济方面：

设备少，投资小。

方案二：

单母线分段带旁母接线

其特点：

技术方面：

可靠性较高，检修断路器时不用停电，容易误操作。

经济方面：

占地大，投资多。

由以上分析可知，采用手车式高压开关柜时，可不设置旁路设施，对供电可靠性的影响不大。

折中考虑可靠性和经济性，10kV侧采用单母线分段接线。

第页

设计计算与说明

主要结果

五短路电流计算

系统按无穷大系统处理，通常基准容量取100MVA。

用于设备选择时，按最终规模考虑。

用于继电保护整定，按一期工程考虑。

1选择基准值

基准电压：

Ud1＝115KV，Ud2＝37KV，Ud3＝10.5KV。

基准容量：

Sd＝100MVA。

则基准电流Id1=Sd/（

Ud1）=0.5KA，

Id2=Sd/（

Ud2）=1.56KA，

Id3=Sd/（

Ud3）=5.5KA。

2确定系统电抗标幺值计算

最大运行方式下：

0.30

最小运行方式下：

0.40

主运行方式下：

0.35

3变压器绕组电抗标幺值

X1%=0.5（Uk1-2%+Uk1-3%－Uk2-3%）＝11%，

X2%=0.5（Uk1-2%+Uk2-3%－Uk1-3%）＝0，

X3%=0.5（Uk1-3%+Uk2-3%－Uk1-2%）＝7%，

三侧电抗标幺值：

XⅠ*=

=11%*100/20=0.55

XⅡ*=

=0

XⅢ*=

=7%*100/20=0.35

第页

设计计算与说明

主要结果

六电气设备选择

电气设备应能满足正常、短路、过电压和特定条件下安全可靠的而要求，并力求技术先进和经济合理。

通常电气设备选择分三步，第一按正常工作条件选择，第二按短路情况检验其热稳定性和电动力作用下的动稳定性，第三按实际条件修正。

同时兼顾今后的发展，选用性能价格比高，运行经验丰富、技术成熟的设备，尽量减少选用设备类型，以减少备品备件，也有利于运行、检修等工作。

设备选择原则：

设备型号应符合使用环境和安装条件的要求；设备的规格、参数按正常工作条件选择，并按照最大短路电流进行效验。

1按正常工作条件选择电器

额定电压：

UN≥UNS

额定电流：

IN≥Imax

2．按短路情况检验

热稳定校验：

It2t≥Qk

动稳定校验：

ies≥ish

各侧持续工作电流计算：

主变压器110kV侧：

I1=1.05*20000/（31/2*110）=110.2A

主变压器35kV侧：

I2=1.05*20