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1、110/10KV 变电所电气设计课程设计任务书课程名称电气局部院系、部、中心专业电气工程及其自动化(电力系统方向)班起止日级期K 电力 092指导教师101. 课程设计应到达的目的通过本次课程设计，对所学课程的学问进展强化，提高学生分析问题和解决问题的力量，拉近课堂与工程设计的距离，使学生完全把握变电所一次局部的设计过程、主接线和配电装置的初步设计、变电所主设备的选择方法等。2. 课程设计题目及要求3. 课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求课程设计为期二周，工作量充分。成品提交的设计文件和图纸要求：1. 设计说明书 1 份2. 设计计算书 1 份3. 图纸 1
2、 张：变电所主接线图4主要参考文献1. 姚春球.发电厂电气局部.北京：中国电力出版社，20232. 范锡普.发电厂电气局部.北京：中国电力出版社, 20233. 陈跃.电气工程专业毕业设计指南.电力系统分册.北京：中国水利水电出版社，20234. 35110kV 变电所设计标准GB 50059-1992.北京：中国打算出版社，19935. 导体和电器选择设计技术规定DLT 52222023.北京：中国电力出版社，20236. 高压配电装置设计技术规程DLT 5352-2023. 北京：中国电力出版社，20235课程设计进度安排起 止 日 期工作内容5.14发放设计任务书，介绍设计步骤。5.15
3、分析变电站地位、选择主变、确定主接线和配电装置5.16分析确定所用电、进展互感器配置5.17进展选择设备和导体所必需的短路电流计算5.18选择断路器、隔离开关5.21选择硬母线5.22整理计算书5.23整理说明书5.24绘制主接线图5.25辩论考核、小结6成绩考核方法寻常工作表现 30，设计成品 40，辩论测评 30。教研室审查意见：教研室主任签字：年月日院系、部、中心意见：主管领导签字：年月日附录一：原始资料1. 变电全部关资料110/10kV变电所编号最大负荷MW功率因数COS负荷曲线重要负荷AP10.9A or B65BP20.9A or B70CP30.9A or B55L1km，L2
4、km，L3km，L4km。注：A、B、C 变电所分别由 1/3 的学生设计；P1P3，L1L4,每位学生一组数据，互不一样。2. 环境温度年最高温度 40，最热月最高平均气温 323. 变电所 10kV 侧过电流保护动作时间为 1 秒4. 110kV 输电线路电抗按 0.4/km 计5. 发电厂变电所地理位置图附图一6. 典型日负荷曲线附图二附图一 发电厂变电所地理位置图G：汽轮机 QFQ502，50MWCOS=0.8，X =0.124dT：变压器 SF740000/12122.5%P = 46kWP = 174kWI % = 0.8U % = 10.5oKoK附图二 典型日负荷曲线设计说明书
5、一、对待设计变电所在电力系统中的地位，作用及电力用户的分析：1.1 、变电所在电力系统中的地位与作用：变电所是联系发电厂和电力用户的中间环节，起着电压变换和安排电能的作用。依据变电所在电力系统中的地位和作用不同，变电所可分为枢纽变电所、中间变电所、区域变电所和终端变电所。枢纽变电所变电所位于电力系统的枢纽点，集合有多个电源发电厂或其他电力网，连接电力系统的高压和中压，电压等级在330kV 以上，负责向区域变电所和中间变电所供电。当其停电时，将引起电力系统解列甚至瘫痪。中间变电所中间变电所位于枢纽变电所和区域变电所之间，使长距离输电线路分段，其高压侧以交换潮流为主， 起功率交换作用。它一般集合2
6、3 路电源，电压等级在220330kV 之间。除了通过功率外，它还降压向当地用户供电，当其停电时将使区域电网解列。地区变电所地区变电所负责向某一地区城市供电，高压侧电压等级一般为 110kV 或 220kV，低压侧电压等级一般为 110 kV 或 35 kV。当该变电所停电时将使该地区的供电中断。终端变电所终端变电所在输电线路的终端，直接向电力用户供电，高压侧电压一般为110 kV。当全所停电时，只影响该变电所的供电用户。由发电厂变电所地理位置图可以得出，变电所B 在整个供电网络中的作用为枢纽变电所。、级负荷，保证不连续供电：两个独立电源供电；：双回路供电1.2 、对电力用户的分析：由任务书中
7、，原始资料图表可得：B 变电所的重要负荷占总负荷 70%，按其供电牢靠性的要求，负荷被分为三个等级，其中等级一，等级二为重要负荷，要保证不连续供电，通常，第一级负荷需要承受两个 独立的电源供电，当其中的任一电源发生故障而停电时，不会影响另一个电源持续供电，保证供电连续性。 其次等级要求双回路供电，依据此规章，B 变电所 70%的负荷承受双回路供电，30%负荷单回路供电。由Pmax=P2=28MW，每回 10KV 馈线功率为 1.52MW，则 28*0.7=19.6MW。重要负荷回路数：(19.6/2)*220(回)非重要负荷回路数：28-19.6/25回回路数目：20+5=25回二、选择待设计
8、变压器的台数，容量，型式及所用电确实定：2.1、台数的选择：考虑到进展，主变压器的容量应依据电力系统的规划负荷来选择，当一台主变检修和故障时，另一台主变应保证 60%70%的全部负荷，或重要的主要生产负荷，故B 变电所的主变压器台数确定为 2 台。2.2、选择主变压器的容量：变电所主变压器的容量一般按变电所建成后 510 年的规划负荷考虑，并应依据其中一台变压器停运时，其余变压器的满足变电所最大负荷Smax 的 60%70%，即： S=60%Smax=0.6*Pmax/cos =0.7*28/0.9=18.67MW=S max, 故 选 择 SN=16000KVA 偏 小 选 择 ， 过 负
9、荷 检 验 SN/S max,=16000/18670=0.857过负荷系数：K1=0.877 欠负荷系数：K2=1.091查图可知，对应于 K2 允许的 K2 比实际算出的 K1=0.877 大，所以 SN=16000KVA满足正常过负荷。选择SFZ-16000/1102.3、选择主变压器的形式：由于变电所所址选择在郊区，不存在占地面积、四周环境等影响，故主变选择户外型。在 330KV 以下变电所中，一般选用三相式变压器。B 变电所位 110/10KV 变电所，有两个电压等级，故承受双绕组变压器。自耦变压器虽然电压变化率小，电压稳定，但是一二次侧有直接联系，要求内 部绝缘性好，加强短路保护，
10、调压困难，相比之下，双卷变压器构造更简洁，运行便利，费用低，所以B 选用双卷变压器。绕组接线组别确实定变压器的绕组接地方式必需使其线电压与系统线电压相位全都。110KV 电压侧均为“YN”，35KV以下电压侧一般为“0”，所以主变绕组的接线方式为“YN,d11”，综上选择2 台 SFZ-16000/110。变压器参数如下：型号：SFZ-16000/110,总容量 16000KVA*2=32023KVA变压器高压侧电压为U1=110KV，其调压范围为-3*2.5%+3*2.5%变压器低压侧电压为U2=10.5KV，Pk=104KW，P0=86KW，I0%=1.2，Uk%=10.5，SFZ-160
11、00/110型电力变压器连接标号为YN,d11三、 分析确定高、低压侧主接线以及配电装置型式：3.1 、对电气主接线的根本要求：依据系统和用户的根本要求，保证必要的供电牢靠性和电能质量供电牢靠性是电力生产和安排的首要要求，主接线首先应满足这个要求。停电不仅是发电厂的损失， 对国民经济各部门带来的损失将更严峻，甚至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等 经济损失，也会造成不良的政治影响。在考虑主接线牢靠性时，应全面地对待以下几个问题：（1） 主接线牢靠性的客观衡量标准是运行实践，应重视国内外长期运行的实践积存阅历及其牢靠性的定性分析。（2） 主接线的牢靠性要包括一次局部和相应组成的二
12、次局部在运行中的牢靠性的综合。（3） 牢靠性并不是确定的，同样的主接线对某些系统和用户来说是牢靠的，而对另外一些系统和用户来说可能就不够牢靠，因此，分析和估价主接线时，不能脱离系统和用户的具体条件，要依据系统和用户 的具体要求，进展具体分析，以满足必要的供电牢靠性。（4） 主接线的牢靠性是进展的。随着电力事业的不断进展，型设备的投运，自动装置和先进技术的使用，主接线的牢靠性会发生转变，过去被认为不行靠的主接线，现在不肯定就不行靠。（5） 衡量主接线运行牢靠性的评判标准是：a. 母线故障时或母线检修时，停电范围的大小和停电时间的长短，能否保证供电。b. 断路器检修时，停运出线回路数的多少和停电时
13、间的长短，能否保证供电。c. 发电厂、变电所全部停运的可能性。具有运行、维护的敏捷性和便利性电气主接线的敏捷性要求有以下几个方面：（1） 调度敏捷、操作简便，应能敏捷地投入或切除某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特别运行方式下的调度要求。（2） 检修安全：应能便利地停运断路器、母线及其继电保护设备，进展安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。（3） 扩建便利：应能简洁地从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，一次和二次设备等所需改造最少。经济性电气主接线应在满足供电牢靠性、敏捷性等技术要求的前提下，做到经济合理。（1） 投资省：主接线应简洁清楚，以节约断路器
14、、隔离开关等一次设备的投资，要使掌握、保护不过于简单，以节约二次设备和掌握电缆。要能限制短路电流，以便于选择价廉电气设备或轻型电器，做到投 资省。（2） 电能损失小：合理地选择主变压器的种类、容量、台数，避开两次变压而增加电能的损失。（3） 占地面积小：电气主接线选择时要为配电装置的布置制造条件，尽量使占地面积削减。在可能和允许的条件下，应实行一次设计分期投资、投产，尽快发挥经济效益。电气主接线具有进展和扩建的可能性随着我国建设事业的进展，已投产的发电厂和变电所，经过一段时间之后，往往需要扩建。实践经 验说明，火电厂的装机容量和出线回数都有进展可能。所以在设计主接线时应适当留有进展余地，为将来
15、的进展制造条件。3.2 、高、低压侧主接线确实定：电气主接线是发电厂和变电所电气局部的主体，它反映各设备的作用，连接方式与回路间的相互关系。所以，它的设计直接关系到全所电气设备的选择，配电装置的位置，继电保护、自动装置和掌握方式确实 定，对电力系统的安全、经济运行起着打算性作用。本变电所 110KV 高压侧有 5 个回路进出线，承受单母线分段接线，10KV 低压侧的接线依据负荷的重要性分为两类：重要负荷：n=(0.7*28)/0.9/(1.52.0)=10.8914.52 非重要负荷：n=(0.3*28)/0.9/(1.52.0)=4.6776.2223.3 、单母分段及桥形接线的优缺点、适用
16、范围：单母分段单母线接线的缺点可以通过将母线分段的方法来抑制。由于单母线分段接线既保存了单母线接线本身 的简洁、经济、便利等根本优点，又在肯定程度上抑制了它的缺点。故这种接线目前仍被广泛应用。单母 线分段接线适用范围：a6 10kV 配电装置的出线回路数为 6 回及以上时； b35 63kV 配电装置的出线回路数为 4 8 回时； c110 220kV 配电装置的出线回路数为 3 4 回时；但是单母线分段接线也有较显著的缺点，这就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，各段 母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电，明显对于大容量发电厂和枢纽变电所来说，这都是不能容 许的。桥形接线两个变压
17、器线路单元接线相连，便构成桥形接线。桥形接线分为内桥接线和外桥接线两种。桥形接线的优点是高压断路器数量少，四个回路只需要三台断路器。桥形接线的牢靠性不是很高，有时也需要用隔离开关作为操作电器，但由于使用电器少，布置简洁， 造价低，目前在 35 220kV 的发电厂和变电所中也被广泛应用。此外，只要在配电装置的布置上承受适当措施，这种接线有可能进展成单母线或双母线，因此，可利用作电力装置初期的一种过渡接线。3.4 、本所接线方式的选择：多数情形中，分段数与电源数一样，故对B 变电所中 10KV 低压侧的接线方式按规程要求，承受单母线双分段接线方式，对重要负荷回路，均以双回路方式供电，保证供电牢靠
18、性，考虑到减小配电装置的占地面积和占用面积，消退爆炸的隐患，以及环境保护的要求，主接线不承受带旁路接线。3.5 、配电装置型式确实定：配电装置的整个构造尺寸，是综合考虑设备的外形尺寸，运行维护，巡察，操作，检修，运输的安全距离及运行中可能发生的过电压等因素而打算的。设计原则： 形式选择应考虑所在地理状况和环境条件下优先选择占地面积； 要考虑有利于降低噪声的选择与布置； 城市和农村的 110KV 配电承受中性布置，10KV 承受室内配电。根本要求： 节约用地； 保证运行牢靠； 保证人身安全和防火要求； 安装，运输，维护，巡察，操作和检修便利； 保证安全前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；
19、便于分期建设和扩建。四、分析确定所用电接线方式：按 GB50059-199235110KV，容量为 110KV 的变电所的总负荷为 150200KVA，35110KV 变电所， 有两台及以上主变压器时，宜装设两台容量一样，可互为备用所用工作变压器。“电源引接点相互独立”：当所内有较低压母线时，一般均由较低压母线上引接12 台所用变压器。所以假设 B 变电所为 110/10KV时，应当从 10KV 侧引线，这种引接方式具有经济性，牢靠性较高的特点。选择的原则及考虑的因素：变压器原、副边分别与引接点和所用电系统的额定电压相适应；联结组别宜使用同一电压级别的所用工作，备用变压器输出电压的相位全都；阻
20、抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点、电压及所用电负荷正常波动范围内，所用各级母线的电压偏移不超过额定电压的-5%+5%；变压器的容量必需保证所用机械及设备能以电源获得足够的功率，所以不能过载容量必需大于150KV。五、进展互感器配置：5.1 、电压互感器的配置：母线：一般各段工作母线及备用母线上各装一组电压互感器，必要时旁路母线也装一组电压互感器；主变压器回路：主变压器回路中，一般低压侧装一组电压互感器，使发电厂与系统的低压侧同步用，并 供电给主变压器的测量和保护，当发电厂与系统在高压侧同步，或利用6-10KV 备用母线同步时，这组互感器可不装设。线路：当对端有电源时，在出线侧上装设一组电压
21、互感器，供监视线路无电压，进展同步和设置重合闸， 其中，35220KV 线路在一相上装设；300500KV 线路在三相上装设。5.2 、电流互感器：电流互感器的配置原则：每条支路的电源都应装设足够数量的电流互感器，供支路测量、保护使用。特点：一次绕组串联在电路中，并且匝数少，故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次 电流大小无关。电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以在正常状况下电流互感器在近于短路状态下运行，B 变电所电流互感器的具体配置：a） 0KV 进线，外桥及主变高压、低压侧均装设三相电流互感器。所选电流互感器：作用：监测，保护相应支路；b） 0KV 分段及
22、出线，配置两相流变，所选电流互感器确定：作用：监测各种电流，保护相应支路。六、 进展选择设备和导体所必需的短路电流计算：6.1 、短路计算的一般规定：计算的根本状况： 电力系统中全部电源均在额定负荷下运行； 全部同步发电机都具有自动调整励磁装置；短路发生在短路电流为最大值瞬间； 全部电源的电动势相位角一样应考虑对短路电流值有影响的全部元件，但不考虑短路点的电弧电阻。计算容量：应按工程设计的最经规划容量计算，并考虑电力系统的远景进展规划，一般工程建成后510 年。接线方式：计算短路电流作用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不能用仅在切换过程中可能的运行方式。短路种类：按三相短
23、路计算。短路计算点：在正常接线方式时，通路设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。短路电流的计算：1，主接线后备保护动作时间 tpr10KV 出线：1s10KV 分段：1.5s主变低压侧：2s主变高压侧：2.5s110KV 分段：3s110V 进线：3.5s2，短路电流计算条件：（1） 无视电阻，仅计电抗，110KV 馈线，电抗x=0.4/km 计；（2） 选择通过导体或电器的Ik 为最大短路点及运行方式；（3） 每个短路点计算均为需校验导体或电器所需的三个短路电流；（4） 短路计算电路图：3,短路点计算：短路点持续时间用途K1主变:2.0+0.1=2.1B 所主变高压侧电器K2出线:1.
24、0+0.1=1.1B 所 10KV 出线外K12.14.914.764.8712.5048.02K21.110.7910.4510.6627.47121.194,短路计算结果：短路点tk (s)I k ( KA)I k t (KA)2I Qkt ( KA)Iksh(KA)k (KA S )2七、选择变电所高、低压侧及 10KV 馈线的断路器、隔离开关：7.1 、断路器的选择：短断路器时最完善的高压开关，在开关电器中，它构造最简单，地位最重要，它的制造水平往往反映电力系统的进展水平。选择的根本要求：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，也足够稳定； 在跳闸状态下应具有
25、良好的绝缘；应有足够的短路力量和尽可能短的分段时间； 应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求构造简洁，体积小，重量轻，安装维护便利。a) 选择的根本条件：（1） 型式：高压侧110KV：户外 SF6 断路器低压侧10KV：户内真空断路器（2） 额定电压：UNUNs 工作电压（3） 额定电流：INImax最大持续工作电流（4） 额定开断电流：INbrIt（5） 额定关合电流：INclish（6） 动稳定校验：iesish（7） 热稳定校验：It*It*tQkb) 断路器选择的结果：断 设 备技术参数路 型号UIN ( KV )N ( A)INbr ( A)iIes(KA)t (KA)器高 SW
26、4-110100018.45521压 110侧7.2 、隔离开关的选择：隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器，是一种最简洁的开关，它的主要用途是保证高压装置检修工作的安全，用隔离开关构成明显的断开点，将需要检修的高压设备与带电局部牢靠的断开隔离。选择的根本要求：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； 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状况下，不到引起击穿而危及工 作人员的安全；隔离开关应具有足够的热稳定性，动稳定性，机械硬度，绝缘强度； 隔离开关在跳闸合闸时的周期性要好，要有最正确的跳合闸速度，以尽可能的降低过电压；隔离开关的构造简洁，动
27、作要牢靠； 带有接地刀闸的隔离开关，必需安装连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。选择的根本条件：型式：高压侧110KV：低压侧10KV：开关柜式额定电压：UNUNs 工作电压 额定电流：INImax最大持续工作电流 动稳定校验：iesish 热稳定校验：It*It*tQk隔离开关选择的结果：隔离开关型号UN ( KV )IN ( A)iIes(KA)t( KA)高压侧GW4-101106305020八、10kv 硬母线的选择：8.1 、选取母线参数：母线型号IN ( A)KSLmy-63mm*10mm12271.048.2 、母线的材料、外形和布置方式：一般状况下承受铝或者铝合金母线。在35k
28、v 及以下维持工作电流在 4000A 及以下的屋内配电装置中， 一般承受矩形母线。矩形母线也常承受与 10kv 以下的屋外母线桥。本课程设计母线的排列方式为三相水平布置竖放。其优点为：相间距离可取得较大，无需增加间隔深度；便于观看；对矩形母线，兼有水 平布置的两种方式的优点。8.3 、对 10KV 母线进展校验：载流量的校验qI= K* I Iyemax70 -qKq = 0.149综合修正系数，最热月平均最高温度取32C。I长期允许电流eI最大持续工作电流max热稳定的校验Q KksS=min/C mm2 S母线最小截面minK集肤效应系数SC热稳定系数当所选 S S时，满足热稳定；当所选S S，则不满足热稳定。minmin动稳定的校验smaxfL2= ph10Wphf单位长度导体上所受到的相间电动力phL支持绝缘子间的跨距W导体相间和条间抗弯截面系数ph当 s al smax ，满足动稳定。参考文献：1. 姚春球.发电厂电气局部.北京：中国电力出版社，20232. 陈跃.电气工程专业毕业设计指南.电力系统分册.北京：中国水利水电出版社，20233.35110kV 变电所设计标准GB 50059-1992.北京：中国打算出版社，19934.高压配电装置设计技术规程DLT 5352-2023. 北京：中国电力出版社，2023