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110KV变电所一次部分设计


课程设计(论文)
题 目 110KV 变电所一次部分设计 电气工程学院 讲师 电力 113 班

学院名称 指导教师 职 班 学 称 级 号

学生姓名

2014 年 6 月 30 日

南华大学电气工程学院课程设计

电气工程基础设计任务书
一 、设计内容


要求设计 110KV 变电所(A 所)的电气部分

二 、原始资料
(1)变电所相关参数见表 1 表 1:变电所相关参数 变电所 编号 A B C 最大负荷 (MW) 20 23 12 0.9 0.9 0.9 图 2(A) 功率因素 负荷曲线 重要负荷 (%) 60 70 50

L1=130km; L2=60 km;L3=80 km; L4=35 km。 (2) 环境最高气温 38℃,最热月最高平均气温 32℃。

(3)变电所 10kV 侧过电流保护动作时间为 1s。 (4)110kV 输电线路电抗按 0.4Ω / km。 (5)发电厂、变电所地理位置图(见图 1) 。 (6)日负荷曲线百分比(见图 2) 。

三、设计任务
(1)设计本变电所的主变压器台数、容量、形式。 (2)设计高低压侧主接线方式。 (3)设计本变电所的所用电接线方式。 (4)计算短路电流。 (5)选择电气设备(包括断路器、隔离开关、互感器等) 。

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图1 变电所地理位置图 G-QFQ-50-2型气轮发电机,50MW,cosφ =0.8,X″d=0.124;T—变压器型号为 SF7-40000/121±2×2.5%,UK%=10.5,P。=46kW,I。 (%)=0.8

图2 日负荷曲线 四、设计成果 1.设计说明书一份 2.计算书一分 3.主接线图一份 要求:上述 3 者按顺序装订成一册(简装,钉书针左边钉好 3 颗,勿用夹子夹) 五、主要参考资料 [1]姚春球.发电厂电气部分.北京:中国电力出版社:2004 [2]电力工业部西北电力设计院.电力工程电气设备手册(第一册).北京:中国电 力出版社,1998 [3]周问俊.电气设备实用手册.北京:中国水利水电出版社,1999 [4]陈化钢.企业供配电.北京:中国水利水电出版社,2003.9 [5]电力专业相关教材和其它相关电气手册和规定

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摘要: 本次设计为 110kV 降压变电站电气一次部分的初步设计, 根据原始资料, 以设计任务书和国家有关电力工程设计的规程、规范及规定为设计依据。变电站 的设计在满足国家设计标准的基础上,尽量考虑当地的实际情况。在本变电站的 设计中,包括对变电站总体分析和负荷分析、变电站主变压器的选择、电气主接 线、电气设备选择、短路电流计算等部分的分析计算以及防雷设计。在保证供电 可靠性的前提下,减少事故的发生,降低运行费用。本次设计正文分设计说明书 和设计计算书两个部分,设计说明书包括电气主接线设计、变压器选择说明、短 路电流计算说明、电气设备选择说明、配电装置设计、电气总平面布置和防雷保 护设计;设计计算书包括变压器选择、短路电流计算、电气设备选择及校验等, 并附有电气主接线图及其它相关图纸。 关键词 :110kV 变电站;短路电流;一次部分;设备选择

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Abstract :The design for the 110kV electrical substation buck once part of the initial design, based on the raw data in order to design the mission statement and national electrical engineering design rules, norms and regulations for the design basis. Substation designed to meet the national standards, based on the design, try to consider the actual local situation. In the design of the substation, including substation overall analysis and load analysis, analysis and calculation to select the main transformer substation, the main electrical wiring, electrical equipment selection, short-circuit current calculation part and mine design. In ensuring supply reliability, reduce the number of accidents and reduce operating costs. The design of the body is divided into design specifications and design calculations in two parts, including the main electrical wiring design specification design, select Help transformers, short circuit current calculation shows that the electrical equipment selection instructions, power distribution equipment design, electrical general layout and lightning protection design; design calculations including transformers choice, short-circuit current calculation, selection and verification of electrical equipment, etc., together with the main electrical wiring diagrams and other related drawings. Keywords : 110kV substation; short-circuit current; once part; equipment selection

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目录

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引言
电力是国民经济发展的基础和关键, 高质量的电力资源和可靠的供电水平是 衡量电力行业发展的重要指标。这些重要指标,最终都将转化为对电力系统的要 求并在系统设计时充分予以考虑。电力系统主要由发电厂、输电线路、配电系统 及负荷组成,通常覆盖广阔的地域。发电厂将原始能源转换成为电能,经过输电 线送至配电系统,再由配电系统将电能分配给负荷,由上述四个部分组成的整体 称作电力系统。它是目前电力传输、分配的重要方式。 发电厂是电力系统的能源供给核心部分, 全厂的电能传输及本厂机组的运行 状况将直接影响电力系统的稳定运行, 其电气一次部分设计在电力系统设计中具 有举足轻重的地位。而在众多的发电厂中,火力发电厂占据了绝大部分的比重。 故本次设计选取某凝汽式火电厂进行电气一次设计, 旨在通过工程实际设计基本 技能训练,帮助学生树立工程观点,深化基本理论的理解,了解现代大型发电厂 电能产生过程及其特点,掌握发电厂电力主系统的设计方法,为今后从事电气设 计、运行管理和科研工作奠定必要的理论基础。

1.电气主接线设计
1.1 系统与负荷原始资料分析
1.1.1 变电所(A 所)情况分析
1) 最大负荷 20MW,功率因数 0.9 重要负荷 60%。 2) 环境最高气温 38 摄氏度,最热月最高平均气温 32 摄氏度。 3)变电所 10KV 侧过电流保护动作时间为 1s。 4 发电厂,变电所地理位置图见图 1.1。

5) 根据负荷可得变电所的进线有两回,出线 4-10 回。



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图 1.1

1.2 主接线方案的选择
对电气主接线的基本要求,概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方 面,现简要分析如下: (一) 可靠性 供电可靠是电力生产、分配的首要任务,主接线应满足这一要求。它可以从 以下几方面考虑: 1) 发电厂或者变电所在电力系统中的地位和作用; 2) 发电厂和变电所接入电力系统的方式; 3) 发电厂和变电所的运行方式及负荷性质; 4) 设备的可靠性程度直接影响着主接线的可靠性; 5) 长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。 (二) 灵活性 主接线应满足在调度、检修及发展扩建时的操作方便及运行灵活的要求,并 能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化。 1) 调度时,应操作方便的基本要求,既能灵活的投入或切除某些机组、变 压器或线路,调配电源和负荷,又能满足系统在事故运行方式、检修运 行方式及特殊运行方式下的调度要求;


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2) 检修时,可以方便地停运检修断路器、母线及其继电保护设备,而不致 过多地影响对用户的供电和电力系统的运行; 3) 发展扩建时,可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供 电或停电时间最短的情况下,投入新装机组、变压器或线路,完成过渡 方案的实施,并且对一次和二次部分的改建工作量最少。 (三) 经济性 主接线应在满足可靠性、灵活性的前提下做到经济合理。一般从以下几方面 考虑。 1) 投资省; 2) 占地面积少; 3) 电能损耗少。 变电所主接线还须满足以下要求: 1) 断路器检修时,是否影响连续供电; 2) 线路、断路器或母线故障,以及在母线检修时,造成馈线停运的回路数 多少和停电时间的长短,能否满足重要的Ⅰ,Ⅱ类负荷对供电的要求; 因此对该变电所电气主接线,除一般定性分析其可靠性外,尚需进行 可靠性的定量计算。 主接线的可靠性与经济性综合考虑、辨证统一,在满足技术要求的前提下, 尽可能投资省、占地面积少、电压损耗少、年费用(投资与运行)为最小。

1.2.1 110kV 电压侧接线
《35~110kV 变电所设计规范》规定,35kV~110kV 线路为两回以下时,宜 采用桥形、线路变压器组或线路分支接线;超过两回时,宜采用扩大桥形、单母 线或单母线分段的接线。35~63kV 线路为 8 回及以上时,亦可采用双母线接线。 110kV 线路为 6 回及其以上时,宜采用双母线接线。 在采用单母线、单母分段线或双母线的 35~110kV 主接线中,当不允许停电 检修断路器时,可设置旁路设施。 本变电所 110kV 线路有 2 回进线, 可选择用桥型接线或单母线分段接线两种 方案。分析如下表 1.1 所示:

方案一:内桥桥接法 第 3

方案二:单母线分段
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1.线路的切除和投入是比较方 便。 2.当线路发生故障时,仅故障线 路的断路器断开,其它回路仍可 继续工作。 3、当变压器故障时,如变压器 优缺点 比较 1B 故障,与变压器 1B 连接的两 单母线分段接线, 简单清晰、 操 作方便、不易误操作,设备少,投资

台断路器 1DL 和 3DL 都将断开, 小 , 占地面积小 ,运行可靠性和灵活 当切除和投入变压器时,操作也 性比方案一好。 比较复杂。 4.较容易影响有穿越功率的环 网系统,内桥接线适用于故障较 多的长线路,且变压器不需要经 常切换运行方式的变电所。

表 1.1 110kV 电压侧接线方案比较 本变电所容量不大, 电源主要集中在 110KV 侧,系统重要负荷较多,采用方 案二能够满足本变电所 110KV 侧对供电可靠性的要求,故选用投资小、节省占地 面积的方案二。

1.2.3 10kV 电压侧接线
《35~110kV 变电所设计规范》规定,当变电所装有两台主变压器时,6~ 10kV 侧宜采用单母分段线。线路为 12 回及以上时,亦可采用双母线。当不允许 停电检修断路器时,可设置旁路设施。 考虑到重要负荷较多,本变电所 10kV 侧线路可选 8 进线回,可采用双母线 或单母线分段接线两种方案。分析如下表 1.2 所示:

方案一:双母线



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方案二:单母线分段 页 共 26 页

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双 母 线接 线一 般 用于 出 线

单母线分段接线, 简单清晰, 调

较多,输送和穿越功率较大 , 供 度灵活,其中一回路故障或检修时, 优缺点 比较 电可靠性 和灵活性 要求较 高得 另一回路可以继续供电, 不会造成全 场合,设备多,投资和占地面积 场停电, 能保证重要用户的供电 , 设 大,配电装置复杂,易误操作。 备少,投资和占地小。

表 1.2

10kV 电压侧接线方案比较

综合各方面的因素考虑,故选用投资小、节省占地面积的方案二。

2.变电所主变压器的选取
2.1 主变压器的选择原则
1)相数的确定: 容量为 300MW 及以下机组单元连接的主变压器和 330KV 及以下的电力系统 中,一般都应该选用三相变压器。因为单相变压器绕组相对投资大、占地多、运 行损耗也比较大,同时配电装置结构复杂,也增加了维修工作量。但是,由于变 压器的制造条件和运输条件的限制,特别是大型变压器,需要考察其运输的可能 性。若受到限制,则可以选用单相变压器。 本站根据要求并考虑各方面的因素,最终采用三相变压器。 2)绕组接线组别的确定: 变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致,否则不能并列运行。电力系统 中变压器绕组采用的连接方式有 Y 和△型两种,而且为保证消除三次谐波的影 响,必须有一个绕组是△型的,我国 110kV 及以上的电压等级均为大电流接地系 统,为取得中性点,所以都需要选择 Y 0 的连接方式。而 6-10kV 侧采用△型的连 接方式。 因此本变电所采用的绕组连接方式为:YN/ ? 。



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2.2 主变压器的调压方式
为了保证变电所的供电质量,电压必须维持在允许的范围内。可以通过变压 器的分接开关切换来变换电压的范围。 改变变压器高压侧绕组匝数,从而改变其变比,实现电压调整。切换方式有 两种:一种是不带电切换,成为无励磁调压,调整范围通常在±2×2.5%以内, 应该视具体工程情况而定。另外一种是带负荷切换,称为有载调压,调整范围可 以达到 30%。其结构较为复杂,价格比较贵,一般有下列情况时才采用: 一、接于出力变化大的发电厂的主变压器,特别是潮流方向不固定,并且要 求变压器二次侧电压维持在一定的水平时; 二、接于时而为送端,时而为受端,具有可逆工作特点的联络变压器,为了 保证供电质量,要求母线电压恒定时。 通常,变电所主变压器很少采用有载调压,因为可以通过调节发电机励磁来 实现调节电压, 对于 220KV 及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情 况下使用,一般均采用无励磁调压,分接头的选择根据具体情况而定。 本站考虑到负荷 5 到 10 年的发展,选用有载调压方式。

2.3 主变中性点接地方式的选择
选择电力网中性点接地方式是一个综合问题,它与电压等级、单相接地短路 电流、过电压水平、保护配置等有关,直接影响电网的绝缘水平、系统供电可靠 性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式 有:中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网络中性点的接地 方式,决定了变压器中性点的接地方式。电力网络中性点接地与否决定于主要变 压器中性点运行方式。 (1)根据电力系统的实际情况,110-500KV 系统为大电流接地系统,所以变 电所主变的 110KV 侧的中性点应选择中性点直接接地方式。 (2)6~10KV 侧为中性点不直接接地方式,即应该选用中性点不接地、经高 阻接地或经消弧线圈接地方式。消弧线圈又分为完全补偿和欠补偿方式,为防止 出现在灭接地电容电流出现时电弧谐振,一般选用过补偿方式,具体采用哪种接


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地方式,应经电容电流计算。

2.4 主变压器型号的确定
变电所最大负荷:P=20MW,则 S m ? P / cos ? ?
20 ? 22.22 MVA 0.9

主变压器总容量应满足: S1 ? S110 ? K ? Sm ? 0.8? 22.22 ? 17.776MVA 所以选每台主变容量: Sn ? 20 MVA 综合所述根据《电力工业常用设备手册》 (水利电力出版社) ,可选 SFSZ10-50000/110 型变压器,其技术参数见表 2.1

表 2.1 变压器 SF10-20000/110 的相关技术参数 产 品 型 额定容 额 定 电 压 及 分 接 范 围 联 接 空 载 负 载 空载电 号 量 (KV) 高 SF10-2 0000/1 10 2x2.5% 6.6 10.5 20KVA 110± 低 6.3 YN d11
,

组号

损 耗 损 耗 流 (KW) 16.6 (KW) 88.4 0.3%



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3.短路电流的计算
3.1 短路计算的一般规则
短路电流计算的一般规定: (一) 验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流,

应按本工程的设计规划容量计算,并考虑电力系统的远景发展规划。 确定短路电流时,应按可能发生最大短路电流的正常接线方式,而不应按仅 在切换过程中可能并列运行的接线方式。 (二) 选择导体和电器用的短路电流,在电气连接的网络中,应考虑具有

反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 (三) 选择导体和电器时,对不带电抗器回路的计算短路点,应选择在正

常接线方式时短路电流为最大的地点。 对带电抗器的 6 ~ 10kV 出线与厂用分支回路,除其母线与母线隔离开关之 间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外, 其它导体和电器的 计算短路点一般选择在电抗器后。 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流,一般按三相短路验算。 若发电机出口的两相短路,或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单 相、两相接地短路较三短路严重时,则应按严重情况计算。

3.2 短路电流的计算过程
本设计的短路计算只计算在 110kV、10kV 母线上短路的情况。短路电流计 算的过程如下: 基准容量SB=100MVA,基准电压VB=Vav,基准电流 I B ? (1)各元件参数的标幺值计算: 已知:发电机G: P1 ? 50MW , x' ' d1 ? 0.124, cos?1 ? 0.8 变压器T: ST 1 ? 40MVA,Ud1 0 0 ? 10.5
SB , 3U B



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线路L1、L2、L3: x ? 0.4? / km, l1 ? 150km,l 2? 70km, l3 ? 90km, 主变压器:T21、T22: ST 2 ? 20MVA,Vs % ? 10.5, 发电机G1、G2参数的标幺值: SG1 ?
Xd ? xd 1' '?

P1 50 ? ? 62.5MVA COS? 1 0.8

SB 100 ? 0.124 ? ? 0.1 9 8 4 SG1 62.5 SB 100 ? 10.5 0 0 ? ? 0.2625 ST 1 40

变压器T11、T22参数的标幺值:
XT 1 ? Ud 1 0 0

线路参数的标幺值:
X L ? 0.4 ? 22? SB 110 ? 0.4 ? 22? ? 0.0665 2 1152 Vav

SB 100 ? 0.4 ?150? ? 0.4537 2 1152 V av SB 100 XL 2 ? 0.4 ? 70? ? 0.4 ? 70? ? 0.2117 2 1152 V av SB 100 XL 3 ? 0.4 ? 90? ? 0.4 ? 90? ? 0.2722 2 1152 V av XL1 ? 0.4 ?150?

主变压器T21、T22参数的标幺值为: SB 100 XT 2 ? Ud 2 0 0 ? 10.5 0 0 ? ? 0.5 2 5 ST 2 20 等值电路图如3.1所示:

图3.1 变电所等值电路 由图3.1化简得到图3.2,如图3.2所示,为化简后的等值电路图。其中 1 1 X G ? ? ( X d ? X T 1 ) ? ? (0.1984 ? 0.2625 ) ? 0.23045 2 2


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X* ?

( X1 ? X 3 ) ? X 2 ? 0.1639 X1 ? X 2 ? X 3 X T 21 ? X T 22 ? 0.2625 X T 21 ? X T 22

XT ?

图3.2 等值电路图的化简

(2)转移电抗和计算电抗的计算 1)短路发生在f1 点,G12对短路点的转移电抗及计算电抗为

X fG ? X G ? X * ?

XG ? X * 2 ? 62.5 ? 0.9623 , X jsG ? X fG ? 1.2 0 2 9 XL 100

S对短路点的转移电抗为

X fs ? X L ? X * ?

XL ? X * ? 0.2 7 8 1 XG

2)短路点发生在f2 点,G12对短路点的转移阻抗及计算电抗为

X f 2G ? X G ? X * ? X T ?
XjS 2G ? 1.9706 ?

XG ? ( XT ? X *) ? 1.9 7 0 6 XL

2 ? 62.5 ? 2.463 100

S对短路点f2的转移阻抗为

X fS ? X L ? X * ? X T ?

X L ? ( XT ? X *) ? 0.616 XG

(3)计算短路电流的有名值

1) f1点基准电流为



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IB ?

100 ? 0.502KA 3 ? 115

2) f2点基准电流为
IB ? 100 ? 5.449KA 3 ?10.5

利用计算曲线,即可各电源到不同短路点在1s时的电流标幺值与有名值,所得结 果记于3.1中。 表3.1 短路电流计算结果 类型 G12 系统S 1s总电流有名 值/KA f1点短路 标幺值 有名值/KA f2点短路 标幺值 有名值/KA 0.896 0.4498 0.4167 2.2706 3.5958 1.8051 1.623 8.8437 11.11 2.25

(4)短路冲击电流计算 用于检验电气设备动态稳定 110KV侧 iim ? 2K m I ?f?1 ? 2 ?1.8 ? 2.25 ? 5.73KA 10KV侧 iim ? 2K m I ?f?3 ? 2 ?1.8 ?11.11 ? 28.28KA (5)短路电流最大有效值计算 用于检验电气设备的断流能力 110KV侧 I sh ? 1.51I ?f?1 ? 1.51? 2.25 ? 3.40KA 10KV侧 ish ? 1.51I ?f?2 ? 1.51?11.11? 16.776KA



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4.电气设备的选择
4.1 电气设备选择的一般规则
(一)所选设备应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求,并 考虑远景发展;在满足可靠性要求的前提下,应尽可能的选用技术先进和经济合 理的设备,使其具有先进性; (二)应按当地环境条件对设备进行校准; (三)所选设备应予整个工程的建设标准协调一致; (四)同类设备应尽量减少品种; (五)选用新产品均应具有可靠的实验数据,并经正式鉴定合格。在特殊情 况下,选用未经正式鉴定的新产品时,应经过上级批准。

4.2 电气设备确定原则
正确的选择电器是使电气主接线和配电装置是使电力系统达到安全经济运 行的重要条件。在进行电器选择时,应根据工程实际情况,在保证安全可靠的前 提下,积极而稳妥的采用新技术,并注意节省投资,选择合适的电器。 尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样, 具体选择方法也不完 全相同,但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作,必须按正常条 件下进行选择,并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

4.2.1 按正常工作条件选择电气设备
1) 额定电压和最高工作电压 所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压,即
U alm ? U sm 。

一般电器允许的最高工作电压:当额定电压在 220kV 及以下时为 1.15UN; 额定电压是 330~500kV 时是 1.1UN。 而实际电网的最高运行电压 Usm 一般不会超


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过电网额定电压的 1.1UNS ,因此在选择电器时,一般可按电器额定电压 UN 不低 于装置点电网额定电压 UNS 的条件选择,即
U N ? U Ns 。

2) 额定电流 电器的额定电流 IN 是指在额定周围环境温度θ 下,电器的长期允许电流。IN 不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 Imax,即
I N ? I max 。

由于发电机、调相机和变压器在电压降低 5%时,出力保持不变,故其相应 回路的 Imax 为发电机、调相机或变压器的额定电流的 1.05 倍;若变压器有过负 荷运行可能时,Imax 应按过负荷确定;母联断路器回路一般可取母线上最大一台 发电机或变压器的 Imax;母线分段电抗器的 Imax 应为母线上最大一台发电机跳闸 时,保证该段母线负荷所需的电流,或最大一台发电机额定电流的 50%~80%; 出线回路的 Imax 除考虑正常负荷电流外, 还应考虑事故时由其他回路转移过来的 负荷。 此外,还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求,对电器进行种 类和形式的选择。 3) 按当地环境条件校核 在选择电器时,还应考虑电器安装地点的环境条件,当气温,风速,温度, 污秽等级, 海拔高度, 地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时, 应采取相应措施。

4.2.2 按短路情况校验所选电气设备
1) 短路热稳定校验 短路电流通过电器时,电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的条 件为 I t2 t ? Qk 。 式中 Q k —短路电流产生的热效应; It ,t—电器允许通过的热稳定电流和时间。 2) 电动力稳定校验



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电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力,亦称动稳定。满足动稳定 条件为: I es ? I Sh


式中 Ish —短路冲击电流有效值;

Ies—电器允许的动稳定电流的有效值。

4.3 电气设备的确定
4.3.1 断路器的确定
高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用,是高压电路中的重要的电器设备。 (1)型式选择: 本次选择断路器,考虑了产品的系列话,即尽可能采用同一型号断路器,以便减 少备用件的种类,方便设备的运行和检修。 选择断路器时应满足以下要求: 1)在合闸运行时应为良导体,不但能长期通过负荷电流,即使通过短 路电流,也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。2)在跳闸状态下应具有 良好的绝缘性。3)应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。4)应有尽 可能长的机械寿命和电气寿命,并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维 护方便。 选择基本原则:按装置种类、构造型式、额定电压、额定电流、开断电流、关合电 流选择,按动、热稳定校验。详细情况如表 4.1 表 4.1 断路器选择条件表 项目 工作 断路器 断路器 电压 工作 电流 开断 电流 INbr ≥ I″ 关合 电流 iNcl ≥ Ish 动稳定 校验 Ies ≥ i sh 热稳定 校验 It2t ≥ I∞2tdz(Qfi)

UN ≥ UNS IN ≥ Imax

考虑到可靠性和经济性方便运行维护和实现变电所设备的无由化目标,且由于 SF6 断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。故在 110KV 侧采用 六氟化硫断路器,其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检 修周期长而且使用可靠,不存在不安全问题。



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真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿 命和检修周期长、开距短,灭弧室小巧精确,所须的操作功小,动作快,燃弧时 间短、且于开断电源大小无关,熄弧后触头间隙介质恢复速度快,开断近区故障 性能好,且适于开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于 35KV 及以下的电 压等级中。所以,10KV 侧采用真空断路器。 (2)110KV 侧断路器的选择 进线断路器的等级比主变高压侧大一级, 而母线分段断路器和进线断路器的 额定值相差不大,粗略计算,进线只取进线断路器。 假设两台主变同时并联投入运行时,110KV 母线上发生短路, 短路电流有名值
If 1' ' ? 2.25 KA

短路冲击电流有名值
ish ? 2.55 ? If 1' ' ? 2.55 ? 2.25 ? 5.7 KA

最大负荷电流

Im ax ? 1.05? 50000/( 3 ?115) ? 263.581 KA
额定电压

U NS ? 110KV
最高工作电压

U alm ? U sm ? 110?1.15 ? 126.5( KV )
根据资料,可以知道 LW25-126W 满足要求,具体参数如下表 4.2: 表 4.2 110kv 侧所选断路器的型号及参数 额定电压 额定电流 用途 型号 UN (kV) 110kV 侧 LW25-126W 126 IN (A) 2000 额定短路 额定短路 额定峰值 额定短时 开断电流 关合电流 耐受电流 耐受电流 INbr (kA) 20 iNcl (kA) 50 ies (kA) 50 It (kA) 20(4s)

热稳定校验:

I t ? t ? 202 ? 4 ? 1600 (KA2 S )
2



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QK ? I? 2 ? t ? 2.252 ? 4 ? 20.25( KA2 S )
2 因为 I t ? t ? QK ,所以满足热稳定要求

动稳定校验: 因为 Ies ? ish ? 7.803 KA 所以满足动稳定要求。 通过校验,所选断路器满足设计要求。 (3)10KV 低压侧断路器的选择 进线断路器的等级比主变高压侧大一级, 而母线分段断路器和进线断路器的 额定值相差不大,粗略计算,进线只取进线断路器。 假设两台主变同时并联投入运行时,10KV 母线上发生短路, 短路电流有名值
If 3' ' ? 11.11KA

短路冲击电流有名值
ish ? 1.8 ? If 3' ' ? 1.8 ?11.11 ? 19.998 KA

最大负荷电流

Im ax ? 1.05? 8000/( 3 ?10) ? 484.988KA
额定电压

U NS ? 10KV
高工作电压

U aim ? U sm ? 10?1.15 ? 11.5KV
断路器额定电压 按断开电流选择

U N ? U NS I Nbr ? I d1 ' '

断路器额定电流 按短路电流计算

I e ? I max

iNba ? ish

根据资料,可以知道 ZN-10 满足要求,具体参数如表 4.3 所示:



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表 4.3 10kv 侧所选断路器的型号及参数 额定电压 额定电流 用途 型号 UN (kV) 10KV 侧 ZN-10 10 IN (A) 600 额定短路 额定短路 额定峰值 额定短时 开断电流 关合电流 耐受电流 耐受电流 INbr (kA) 50 iNcl (kA) 63 ies (kA) 75 It (kA) 50(4s)

热稳定校验:

It2 ? t ? 502 ? 4 ? 10000 (KA2 S )
QK ? I? 2 ? t ? 11.112 ? 4 ? 493.73( KA2 S )
2 因为 I t ? t ? QK ,所以满足热稳定要求

动稳定校验: 因为 Ies ? ish ? 19.998 KA 所以满足动稳定要求。 通过校验,所选断路器满足设计要求。

4.3.2 隔离开关的确定
隔离开关是高压开关设备的一种, 它主要是用来隔离电源, 进行倒闸操作的, 还可以拉、合小电流电路。 选择隔离开关时应满足以下基本要求: (1) 隔离开关分开后应具有明显的断开点,易于鉴别设备是否与电网隔开; (2) 隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离, 以保证过电压及相间网络的 情况下,不致引起击穿而危及工作人员的安全; (3) 隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度; 隔离开关在跳、合闸时的同期性要好,要是最佳的跳、合闸速度,以尽可能降低 操作时的过电压; (4) 隔离开关的结构简单、动作要可靠; (5) 带有接地刀闸的隔离开关,必须装设连锁机构,以保证隔离开关的正确 操作。


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隔离开关的选择条件,如表 4.4 所示。 表 4.4 隔离开关选择条件 项目 设备名称 隔离开关 工作 电压 UN≥UNS 工作 电流 IN≥Imax 动稳定 校验 ies≥ish 热稳定 校验 It2t≥I∞2tdz(Qfi)

(1)110KV 高压隔离开关的选择 最大负荷电流

Im ax ? 1.05? 50000/( 3 ?115) ? 263.581 KA
额定电压

U NS ? 110KV
高工作电压

U alm ? U sm ? 110?1.15 ? 126.5( KV )
隔离开关额定电压 U N ? U NS 隔离开关额定电流 I e ? I max 根据资料,可以知道 GW13-110 满足要求,具体参数如表 4.5 所示: 表 4.5 110kv 侧隔离开关的型号及参数 用途 110kV 侧 型 号 额定电压 额定电流 630A 额定峰值耐受电流 额定短时耐受电流 50kA 20(4S)kA

GW4—110Ⅱ DW 110kV

热稳定校验:

I t ? t ? 202 ? 4 ? 1600 (KA2 S )
2

QK ? I? 2 ? t ? 2.252 ? 4 ? 20.25( KA2 S )
2 因为 I t ? t ? QK ,所以满足热稳定要求

动稳定校验: 因为 Ies ? ish ? 7.803 KA 所以满足动稳定要求。


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通过校验,所选隔离开关满足设计要求。 (2)10KV 高压隔离开关的选择 最大负荷电流

Im ax ? 1.05? 8000/( 3 ?10) ? 484.988KA
额定电压

U NS ? 10KV
高工作电压

U aim ? U sm ? 10?1.15 ? 11.5KV
隔离开关额定电压 U N ? U NS 隔离开关额定电流 I e ? I max 根据资料,可以知道 GN8-10 满足要求,具体参数如表 4.6 所示: 表 4.6 10kv 侧隔离开关的型号及参数 用途 10kV 侧 型 号 额定电压 GN8-10 10kV 额定电流 600A 额定峰值耐受电流 75kA 额定短时耐受电流 50(4S)kA

热稳定校验:

It2 ? t ? 502 ? 4 ? 10000 (KA2 S )
QK ? I? 2 ? t ? 11.112 ? 4 ? 493.73( KA2 S )
2 因为 I t ? t ? QK ,所以满足热稳定要求

动稳定校验: 因为 Ies ? ish ? 34.664 KA 所以满足动稳定要求。 通过校验,所选隔离开关满足设计要求。



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5.配电装置
5.1 配电装置选择的一般原则
高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策, 遵循上级发的有关 规程、规范及技术规定,并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施 工方面的要求, 合理制定布置方案和选用设备, 积极慎重地采用新布置、 新设备、 新材料、新结构,使配电装置设计不断假冒新,做到技术先进、经济合理、运行 可靠、维护方便。 火力发电厂及变电所的配电装置型式选择, 应考虑所在地区的地理情况及环 境条件,因地制宜,节约用地,并结合运行、检修和安装要求。 (一) 节约用地:我国人口众多,但耕地不多,因此用地是我国现代化建

设的一项带战略性的方针; (二) 运行安全和操作巡逻方便:配电装置要整齐清晰,并能在运行中满

足对人身和设备的安全要求。使配电装置 一旦发生事故时,也能将事故限制在 最小范围和最低程度,并使运行人员在正常的操作和处理事故中不致发生意外, 以及再次维护中不致损害设备; (三) 装的条件; (四) 节约三材,降低造价:配电装置的设计还应采取有效措施,减少三 便于检修和安装:对各种形式的配电装置,都要妥善考虑检修和安

材消耗,努力降低造价。

5.1.1 基本要求
1) 配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和经济技术政策 ,如节 约土地; 2) 保证运行可靠按照系统和自然条件,合理选择设备,在布置上力求整齐、 清 晰,保证具有足够的安全距离; 3) 便于巡视、检修和操作; 4) 在保证安全的前提下,布置紧凑,力求节约材料和降低造价;


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5) 安全和扩建方便。 5.1.2 基本步骤
1) 根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线的多少和方式、有无电抗 器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式; 2) 拟定配电装置的配置图; 3) 按照所选的外形尺寸、运行方法、检修及巡视的安全和方便等要求,遵 照 《配电装置设计技术规程》 的有关规定,并参考各种配电装置的典型设计手 册,设计绘制配电装置的平、断面图。 4)配电装置的整个结构尺寸、检修和运输的安全距离等因素而决定的。屋 内、外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距,详见设计手册。

5.2 配电装置的选择及依据
配电装置的型式的选择,应考虑所在地区的地理情况及环境条件,因地制 宜、节约用地,并结合运行及检修要求通过技术经济比较确定。一般情况下, 在大、中型发电厂和变电所中,35kV 及以下的配电装置宜采用屋内式;110kV 及以上多为屋外式。普通中型配电装置国内采用比较多,广泛用于 110~500kV 电压级,在这方面我国已经有丰富的经验。 本设计的地理环境较好,没有地震,雷暴日也很少,且没有明显的环境污 染,所以综合所有条件和技术,选用屋外式中型配电装置。

5.3 主接线中设备配置的一般原则
5.3.1 电压互感器的配置
(1)电压互感器的数量和配置与主接线方式有关,并应满足测量、保护、同 期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时,保护装置 不得失压,同期点的两侧都能提取到电压。 (2)6~220kV 电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。旁路母



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线上是否需要装设电压互感器, 应视各回出线外侧装设电压互感顺的情况和需要 确定(本设计不设)。 (3)当需要监视和检测线路侧有无电压时,出线侧的一相上应装设电压互感 器(本设计不设)。 (4)当需要在 330kV 及以下主变压器回路中提取电压时,可尽量利用变压器 电容式套管上的电压抽取装置。 (5)发电机出口一般装设两组电压互感器,供测量、保护和自动电压调整装 置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置,且采用零序电压式匝间保护时, 可再增设一组电压互感器。

5.3.2 电流互感器的配置
(1)凡装设有断路器的回路应装设电流互感器其数量应满足测量仪表、保 护和自动装置要求。 (2)在未装设断路器的下列地点也可以装设电流互感器:发电机和变压器 的中性点、发电机和变压器的出口、桥型接线的跨条上等。 (3)对直接接地系统,一般按三相配置。对非直接接地系统,依具体要求 按两项或者三相配置。为了监视三相电能的平衡和差动保护的需要,该处的电流 互感器必须采用三相配置。 (4)为了满足测量和保护装置的需要,在发电机、变压器、出线、母线分 段及母联断路器、旁路断路器等均设有电流互感器。 (5)保护用的电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的死区来设 置。如有两组电流互感器,应尽可能设在断路器两侧,是断路器处于交叉保护范 围内。

5.3.3 避雷器的配置
(1)配电装置的每组母线上,应装设避雷器,但进线装设避雷器时除外。 (2)旁路母线上是否需要装设避雷器,应视在旁路母线投入运行时,避雷 器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。 (3)220KV 及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时,应在变压器


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附近增设一组避雷器。 (4)三绕组变压器低压侧的一相上宜装设一台避雷器。 (5)下列情况的变压器中性点应装设避雷器 1)直接接地系统中,变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。 2)直接接地系统中,变压器中性点为全绝缘,但变电所为单进线且为单 台变压器运行时。 3)接地和经消弧线圈接地系统中,多雷区的单进线变压器中性点上。 (6)发电厂、变电所 35KV 及以上电缆进线段,在电缆与架空线的连接处应 装设避雷器。 (7)SF6 全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 (8)110-220KV 线路侧一般不装设避雷器。



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6.结束语
为期两周的电气工程基础课程设计已接近尾声。在这两周中,从查找资料到 完成论文撰写,不仅让我对这个设计课题有了深刻的认识,同时还让我对电力系 统知识有了更进一步的理解;不仅深入地了解系统设计领域的一些前沿的动态, 同时对电力系统分析领域之外的内容亦有了一定的认识,这让我获益良多。 比如, 在进行电气主接线设计时, 我原本按照教材的内容, 想当然地将 220kV 侧和 110kV 侧选定为双母带旁路的接线方式, 但是通过对其他相关资料的分析以 及对相应工程实际做法的考察, 我发现, 旁路母线在架设时需要耗费更多的材料, 不仅如此,其在继电保护方面具有很大的缺陷,尽管可以在一定程度上提高供电 可靠性, 但相对于在继电保护方面的缺陷, 双母带旁路接线方式可谓 “得不偿失” 。 在工程上,现在的设计方案中也已很少采用带旁路母线的架设方式,而是对重要 负荷采用双回路供电。 因此, 我在确定电气主接线最终方案时, 将 220kV 和 110kV 侧均选择了双母线接线方式。 还有,在短路计算方面,由于主接线设计中其中含有自耦变压器,但在平时 的课堂教学中,自耦变压器的数学模型并没有进行深入的讲解,因此在进行短路 电流计算的过程中出现一定的困难。但通过仔细学习《电力系统分析》的相关内 容,我最终完成了相应的计算分析,并完成了短路计算书部分的撰写。 当然,由于时间仓促,还有很多的内容没有时间进行完善,只能在论文中简 单提出,无法进行深入的研究,为这次课程设计留下了一些遗憾。 本次课程设计由本人独立完成,整个过程中,边学边做,边做边学,其方式 和理论课程的学习完全不同。现在回顾一下,感觉自己真的收获颇丰。



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参考文献
[1]姚春球.发电厂电气部分.北京:中国电力出版社:2004 [2]电力工业部西北电力设计院.电力工程电气设备手册(第一册).北京:中国电力出版社, 1998 [3]周问俊.电气设备实用手册.北京:中国水利水电出版社,1999 [4]陈化钢.企业供配电.北京:中国水利水电出版社,2003.9 [5]电力专业相关教材和其它相关电气手册和规定 [6] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京:中国电力出版社,2005 [7] 冯炳阳.输电设备手册[M].北京:机械工业出版社,2000 [8] 周文俊.电器设备实用手册(上、下册)[M]. 北京:中国水利水电出版社,1999 [9] 卓乐友.电力工程电气设计 200 例[M].北京:中国电力出版社,2004 [10] 李光琦.电力系统暂态分析(第三版)[M].北京:中国电力出版社,2007 [11] 陈珩.电力系统稳态分析(第三版)[M].北京:中国电力出版社,2007 [12] DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》[M].北京:中国电力出版社,2000



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