發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計降壓變電所設(shè)計

1、發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計降壓變電所設(shè)計學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)：姓 名：班 級：指導(dǎo)教師：設(shè)計完成日期：2013年8月15日目 錄一.課程設(shè)計的目的和要求1（一）.課程設(shè)計的目的1（二）.課程設(shè)計的任務(wù)要求1（三）.設(shè)計成果2二. 原始資料分析2（一）.一次系統(tǒng)接線圖2（二）.負(fù)荷情況2（三）.所址位置4（四）.氣象條件4三. 主接線的設(shè)計4（一）.主接線的設(shè)計原則和要求4（二）.電氣主接線的設(shè)計原則5（三）.電氣主接線的主要要求5（四）.主接線方案的選擇5（五）.主接線圖7（六）.變壓器的選擇7四. 短路電流計算10（一）.各處短路電流的計算10（二）.斷路器和隔離開關(guān)的選擇14（三）.母線

2、的選擇15（四）.電流、電壓互感器的選擇17五. 斷路器控制回路的設(shè)計20五參考文獻(xiàn)22一.課程設(shè)計的目的和要求（一）.課程設(shè)計的目的 發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計是在學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)課程后的一次綜合性訓(xùn)練，通過課程設(shè)計實踐達(dá)到：鞏固“發(fā)電廠電氣部分” 、“電力系統(tǒng)分析”課程的理論知識。熟悉國家能源開發(fā)策略和有關(guān)技術(shù)規(guī)范、規(guī)定、導(dǎo)則等。掌握發(fā)電廠（或變電所）電氣部分設(shè)計的基本方法和內(nèi)容。學(xué)習(xí)工程設(shè)計說明書的撰寫。培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的工作能力和實際工程設(shè)計的基本技能。（二）.課程設(shè)計的任務(wù)要求對任務(wù)書原始資料進(jìn)行分析，畫出主接線框圖;草擬主接線方案并進(jìn)行方案比較。擬定的方案應(yīng)保證供電可靠、

3、技術(shù)先進(jìn)具有可行性、滿足技術(shù)要求，又必須經(jīng)濟(jì)實用。選擇短路點，進(jìn)行短路電流計算。選擇主要的電器設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)、母線、互感器等）。（三）.設(shè)計成果完成主接線圖一張。設(shè)計說明書一份。二. 原始資料分析 110/35/10降壓變電所電氣部分設(shè)計：根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃和地區(qū)電力負(fù)荷發(fā)展的需要，決定在某地區(qū)新建一座110KV降壓變電所，以緩解地區(qū)用電的緊張局面，同時提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。（一）.一次系統(tǒng)接線圖（二）.負(fù)荷情況該變電所有110/35/10三種電壓等級，35KV、10KV側(cè)負(fù)荷情況見下表，負(fù)荷的同時率均為0.85，年增長率為12%，最大負(fù)荷利用小時數(shù)均為5500h.2.2.1 35KV側(cè)表1

4、序號負(fù)荷名稱最大負(fù)荷(KW)功率因數(shù)線路長度（Km）回路數(shù)供電方式1變電所一48000.80252架空2變電所二50000.80401架空3變電所三50000.85302架空4變電所四48000.85301架空5變電所五80000.80402架空6變電所六80000.80502架空2.2.2 10KV側(cè)表2序號負(fù)荷名稱最大負(fù)荷（KW）功率因數(shù)線路長度（Km）回路數(shù)供電方式1電院15000.80102架空2普明村30000.85152架空3西湖公園15000.85151架空4醫(yī)院15000.80102電纜5電影院15000.85102電纜6電院附小10000.80152架空7僑鄉(xiāng)體育館15000

5、.80152電纜8美食城15000.80101電纜9商業(yè)中心20000.80151電纜10民俗村25000.80202架空11步行街20000.80152架空12鯉城大酒店10000.85102電纜（三）.所址位置該所址北側(cè)有約寬80m的公路，交通方便，現(xiàn)有負(fù)荷中心和規(guī)劃中心均在該變電所周圍55Km范圍內(nèi)，地勢平坦，海拔高度20m，空氣污染不嚴(yán)重，土壤電阻率為1000.M。（四）.氣象條件當(dāng)?shù)啬曜罡邷囟?0， 年最低溫度-10; 最熱月平均氣溫30; 年主導(dǎo)風(fēng)向東，最大定時風(fēng)速28m/s, 基本風(fēng)壓值54kg/； 雷暴日數(shù)為60日/年。三. 主接線的設(shè)計（一）.主接線的設(shè)計原則和要求發(fā)電廠和變

6、電所的電氣主接線是保證電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，是電氣設(shè)備布置、選擇、自動化水平和二次回路設(shè)計的原則和基礎(chǔ)。（二）.電氣主接線的設(shè)計原則應(yīng)根據(jù)發(fā)電廠和變電所所在電力系統(tǒng)的地位和作用。首先應(yīng)滿足電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求，根據(jù)規(guī)則容量，本期建設(shè)規(guī)模、輸送電壓等級、進(jìn)出線回路數(shù)、供電負(fù)荷的重要性，保證供需平衡，電力系統(tǒng)線路容量、電氣設(shè)備性能和周圍環(huán)境及自動化規(guī)則與要求等條件確定，應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)型的要求。（三）.電氣主接線的主要要求可靠性：可靠性的客觀衡量標(biāo)準(zhǔn)時運(yùn)行實踐主接線的可靠性是其組合元件（包括一次不分和二次部分）在運(yùn)行中可靠性的綜合，因此要考慮一次設(shè)備和二次部分的故障

7、及其對供電的影響，衡量電氣主接線運(yùn)行可靠性的一般準(zhǔn)則是：斷路器檢修時，是否影響供電、停電的范圍和時間線路、斷路器或母線故障以及母線檢修時，停電出線回路數(shù)的多少和停電時間長短，能否保證對重要用戶的不間斷供電。發(fā)電廠、變電所全部停電的可能性。靈活性：投切發(fā)電機(jī)、變壓器、線路斷路器的操作要可靠方便，調(diào)度靈活，電氣主接線的靈活性要求有以下幾方面：調(diào)度靈活、操作方便，應(yīng)能靈活地投切某些元件，調(diào)配電源和負(fù)荷能滿足系統(tǒng)在事故、檢修及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)整要求。檢修安全，應(yīng)能容易地從初期過渡到最終接線，并在擴(kuò)建過渡時使一次和二次設(shè)備等所需的改造最少?？刂?、保護(hù)方式不過于復(fù)雜，以利于運(yùn)行并節(jié)約二次設(shè)備和電纜投資，

8、要適當(dāng)限制經(jīng)濟(jì)型：通過優(yōu)化比選，應(yīng)盡力做到投資省、占地面積小、電能損耗少，在滿足技術(shù)要求的前提下，要做到經(jīng)濟(jì)合理。（四）.主接線方案的選擇3.4.1對于110KV電壓級單母分段帶旁路斷路器經(jīng)過長期運(yùn)行和切斷數(shù)次短路電流后都需要檢修，為了檢修出線斷路器，不致中斷該回路供電，可增設(shè)旁路母線。優(yōu)點：接線簡單清晰，設(shè)備少，操作方便，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置，檢修與其相連的任一回線的斷路器時，該回路均可以不停電，可以提高供電的可靠性。缺點：此種接線多裝了價格較高的斷路器和隔離開關(guān)，增大了投資。單母分段接線： 接線簡單清晰，設(shè)備少，且操作方便，可提高供電可靠性和靈活性，不僅便于檢修母線而減少母線故障影響

9、范圍，對于重要用戶可以從不同段引兩個回路，而使重要用戶有兩個電源供電，在這種情況下，當(dāng)一段母線發(fā)生故障，由于分段斷路器在繼電保護(hù)裝置的作用下，能自動將故障段切除，因而保證了正常段母線不間斷供電。綜上所述，單母分段接線的可靠性較高，而且比較經(jīng)濟(jì)，故110KV側(cè)接線應(yīng)選單母分段接線。對于35KV電壓等級雙母線接線優(yōu)點：供電可靠，調(diào)度方式比較靈活，擴(kuò)建方便，便于試驗。缺點：停電影響范圍廣，雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復(fù)雜，對運(yùn)行人員要求高。雙母線分段接線優(yōu)點：任何時候都有備用母線，有較高的可靠性和靈活性。缺點：增加投資。對于35KV，故采用雙母線分段接線。對于10KV電壓等級雙母線分段優(yōu)點

10、：增加供電可靠性，靈活，當(dāng)有故障時，只有部分短時停電，而不必短期全部停電，適合出線較多回路。缺點：比雙母增加兩臺斷路器，投資有所增加。雙母線接線優(yōu)點：供電可靠，調(diào)度方式比較靈活，擴(kuò)建方便，便于試驗。缺點：雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復(fù)雜，對運(yùn)行人員要求高。故采用雙母線接線方式。（五）.主接線圖 主接線圖如下：（六）.變壓器的選擇變電站一：變電站二：變電站三：變電站四：變電站五：變電站六：對于35KV側(cè)負(fù)荷 電院：普明村：西湖公園：醫(yī)院：電影院：電院附?。簝S鄉(xiāng)體育館：美食城：商業(yè)中心：民俗村：步行街：鯉城大酒店：對于10KV側(cè)負(fù)荷5KV和10KV總負(fù)荷 35KV最大負(fù)荷為42.7MVA

11、，10KV最大負(fù)荷為25.1MVA。選擇變壓器：對于，在正常情況T1、T2各承擔(dān)一半。對于、如果有一臺壞掉，另一臺承擔(dān)70所以各電壓等級容量為上，同理如上。所以選取100/100/50。型號額定容量（KVA）額定電壓（KV）空載電流（%）空載損耗（KW）負(fù)載損耗（KW）阻抗電壓（%）高壓中壓低壓高-中高-低中-低高-中高-低中-低SFS-50000/1105000010038.56.3，6.6，10.5，116525010.517.56.5四. 短路電流計算（一）.各處短路電流的計算如果處發(fā)生短路，等值電路如圖：三相短路，取架空線0.4/km 電纜0.08/km：同理，同上。：所以到電抗為24

12、.194，到電抗為24.194，到電抗為10.067。各電源的計算電抗：所以短路電流得：短路點總短路電流：總的短路電流：如果處短路，等值電路為：同理同上。：，阻抗電壓%值如下，各繞組短路電壓為：各繞組等值電抗標(biāo)幺值為：各電源到短路點外的轉(zhuǎn)移阻抗為：各電源計算電抗為：所以短路電流為： I0.1=0.026 I0.2=0.24 I0.1=0.026 I0.2=0.24 I0.1=0.03 I0.2=0.028I0.1總= 如果處短路，等值電路如圖各電源到短路處轉(zhuǎn)移阻抗：， ， 各電源計算電抗為：計算電抗查運(yùn)算曲線得短路電流標(biāo)幺值為：查資料，對于無延時保護(hù)，微機(jī)保護(hù)動作時間一般為0.016s-0.0

13、3s。（二）.斷路器和隔離開關(guān)的選擇選取10KV所連變壓器側(cè)的斷路器和隔離開關(guān)最大工作電流根據(jù)、及斷路器安在室內(nèi)要求，查附表六，可選取SN10-10III/2000型少油斷路器。固有分閘時間為0.06s，滅弧時間為0.06s。短路熱穩(wěn)定時間為由前面10KV，短路電流得短路周期分量查表3-3，T=0.05短路非周期分量短路熱效應(yīng)沖擊電流為由下表列出斷路器、隔離開關(guān)有關(guān)參數(shù)并與計算數(shù)據(jù)驚醒比較，由表可知，所選SN10-10III/2000斷路器、GN2-10/2000-85隔離開關(guān)合格。斷路器、隔離開關(guān)選擇結(jié)果如下表：計算數(shù)據(jù)SN10-10III/2000斷路器GN2-10/2000-85隔離開關(guān)

14、 10V 1515.6A 0.5KA =1.34KA 0.55 1.34KA 10KV 2000A 43.3KA 130KA·t 130KA 10KV 2000A-·t 85KA（三）.母線的選擇選取10KV母線，母線上最大工作電按長期發(fā)熱允許電流選擇截面，查附表一選取125mm×6.3mm矩形鋁導(dǎo)體，平放允許電流為1674A，Kf=1.05。當(dāng)環(huán)境溫度為30，查附表三可得溫度修正系數(shù)則按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，由最大負(fù)荷利用小時數(shù)為5500h查圖6-17得導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)密度J= 0.73A/ mm²比較二者，故選取最大截面，即：選取125mmx10mm矩形鋁導(dǎo)體，

15、導(dǎo)線允許電流為2089A，Kf=1.12則 Iab30o =0.94x2089=1963.7A>1515.6A熱穩(wěn)定校驗 正常運(yùn)行時導(dǎo)體溫度=0+（al-0)I2max /Ial2=53.8oc查表6-2，c=99滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面Smin=/c=滿足熱穩(wěn)定度要求導(dǎo)體自振頻率由以下求得Pm=2700 m=h*b*Pm=0.125x0.01x2700=3.375(kg/m)J=bh3.3/12=1.63x10-6(m4)導(dǎo)體固定方式為單跨兩端固定，多旁路簡支。Nf=3.56鋁導(dǎo)體三單性結(jié)果 E=7x1010pa L=1.5m自振頻率f=可見，對該母線可不計共振取母線處短路時沖擊系

16、數(shù)K=1.9 1.9=1.9*1.414*0.05=1.34KA導(dǎo)體對垂直可作用力的方向軸的截面系數(shù)W=bh2/6=0.1252x0.010=2.6x10-5m單位長度導(dǎo)體上所受相同點動力，查表7-2，取a=0.2m則fph=1.73x10-7x ish2/a=1.73x10-7x13402/0.2=1.55(N·M)導(dǎo)體最大相見計算應(yīng)力為ph=fphL2/10w=1.55*1.5²/10*2.6*=0.13x105 pa <70x106 pa 即 phal 滿足要求。（四）.電流、電壓互感器的選擇 4.4.1 電流互感器的選擇選擇圖中變壓器高壓側(cè)的電流互感器按=1.

17、34KA Qk=0.05KA2.S Imax=1515.6A 電流互感器與測量儀表相距40m。電流互感器負(fù)荷統(tǒng)計如下表:（V.A）儀表電流線圈名稱A相C相電流表0.35功率表0.60.6電能表0.50.5總計1.451.1選擇電流互感器，根據(jù)電流互感器安裝外電壓，最大工作電流和安裝地點的要求。查附表8電流互感器技術(shù)參數(shù)，選取室內(nèi)型電流互感器，變比為2000/5 。 由于供給計費電能表用，故應(yīng)選0.5級，其二次負(fù)荷額定阻抗為1.2，熱穩(wěn)定系數(shù)Kt=75。選擇互感器連接導(dǎo)線截面，已知0.5級準(zhǔn)確級的允許最大負(fù)荷Z2N=1.2，最大相負(fù)荷阻抗ra=Pmax/I22N=1.45/2.5=0.058 計

18、入接觸電阻0.1，則連接導(dǎo)線電阻不得超過1.2-（0.058+0.1）=1.042。倘若機(jī)械強(qiáng)度要求的最小截面，初選標(biāo)準(zhǔn)截面為1.5mm2的銅線，其接線電阻為<1.042所以，滿足要求。 校驗互感器的熱穩(wěn)定（kt·I1N）2=(75X2)2=22500kA2·S>0.05kA2·S熱穩(wěn)定度符合要求。4.4.2 電壓互感器的選擇選取10kv電壓等級上的電壓互感器，電壓互感器及儀表接線和負(fù)荷分配如下圖：電壓互感器各相負(fù)荷分配（不完全星形負(fù)荷部分）儀表名稱及型號每線圈消耗功率儀表電壓線圈儀表數(shù)目AB相BC相cossinPabQabPbcQbc有功功率表46D

19、1-W無功功率表46D1-Var有功電能表DS1頻率表46L1-Hz電壓表46L1-V0.60.51.51.20.3110.38110.925111110.60.50.571.21.390.60.50.570.31.39總計2.871.391.971.39 查附表9選用JDJ-10單相油浸式電壓互感器，由于回路中有計費電能表，故選用0.5準(zhǔn)確級，額定容量為150V·A根據(jù)上表算出不完全星形部分負(fù)荷為Sab= Sbc=COSab=Pab/Sab=2.87/3.19=0.89 ab=27.1oCOSbc=Pbc/Sbc=1.97/2.41=0.82 bc=34.9o同理可求出B相負(fù)荷為顯

20、而易見，A相負(fù)荷較大，故應(yīng)按A相總負(fù)荷進(jìn)行校驗故所選JDJ-10型電壓互感器滿足要求。五. 斷路器控制回路的設(shè)計高壓斷路器控制回路：指控制(操作)高壓斷路器分、合閘的回路。電磁操作機(jī)構(gòu)只能采用直流操作電源，彈簧操作機(jī)構(gòu)和手動操作機(jī)構(gòu)可交直流兩用，但一般采用交流操作電源。信號回路是指示一次電路設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的二次回路。主信號按用途分，有斷路器位置信號、事故信號和預(yù)告信號等。斷路器位置信號用來顯示斷路器正常工作的位置狀態(tài)。一般是紅燈(符號RD)亮，表示斷路器在合閘位置；綠燈(符號GN)亮，表示斷路器在分閘位置。采用電磁操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號回路 控制對象：操動機(jī)構(gòu)中合閘線圈(YC)和跳閘線圈(Y

21、T)。電磁操動機(jī)構(gòu)中， 合閘線圈（YC）流過電流較大， 必須經(jīng)過中間放大元件進(jìn)行控制，即用SA控制合閘接觸器KM的線圈，再由KM主觸頭控制電磁操動機(jī)構(gòu)的YC。跳閘后（TD） ：FU1SA1110HGR1QFKMFU2 綠燈平光 預(yù)備合閘(PC)：M100（+）SA910HGR1QFKMFU2 綠燈閃光 合閘(C):SA58KCFQFKMFU2。 合閘后(CD):FU1SA1613 HRR2KCFIQFYTFU2 。 紅燈（HR）平光 預(yù)備跳閘(PT)：M100（+）SA1413HRR2KCFIQFYTFU2 。 紅燈（HR）閃光 跳閘(T):FU1SA67KCFQFYTFU2 防跳繼電器具有二個線圈：電流起動線圈與電壓保持線圈。 電流線圈串聯(lián)在跳閘線圈回路中，電壓線圈與其電流線圈的常開觸點相串聯(lián)與 YC 相并聯(lián)，另一對動斷觸點與 Y