1、 南京工程学院课程设计说明书(论文)题 目 110/10KV 变电所电气部分设计 课 程 名 称 发电厂电气部分 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 电力系统及其自动化 班 级 电力 091 班 学 生 姓 名 王舒潇 学 号 指 导 教 师 陈跃 设计起止时间： 2011 年 05 月 21 日 至 2011 年 06 月 01 日成绩目录一、 课程设计任务书-1二、 110/10KV 变电所设计说明书-31、 对待设计变电所在系统中的地位和作用及对用户的分析2、 选择待设计变电所主变的台数、容量、型式3、 分析确定高、低压侧主接线及配电装置形式4、 分析确定变电所主接线形式和所用电的
2、接线方式5、 进行选择设备和导体所必须的短路电流计算6、 选择变电所高、低压侧及 10KV 馈线断路器、隔离开关和熔断器7、 进行互感器配置8、 选择 10KV 硬母线三、 110/10KV 变电所设计计算书-91、 对待设计变电所在系统中的地位，作用及用户的分析2、 选择待设变电所的台数、容量及型式3、 进行选择设备和导体所必须的短路电流计算4、 选择变电所高、低压侧及 10KV 馈线断路器、隔离开关和熔断器5、 选择 10KV 硬母线四、变电所主接线图-15课 程 设 计 任 务 书1 课程设计应达到的目的通过本次课程设计，对所学课程的知识进行强化，提高学生分析问题和解决问题的能力，拉近课
3、堂与工程设计的距离，使学生完全掌握变电所一次部分的设计过程、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110/10kV 变电所电气部分设计一、设计内容1. 对待设计变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析。2. 选择待设计变电所主变的台数、容量及型式。3. 分析确定高低压主接线及配电装置型式4. 分析确定所用电接线型式。5. 进行互感器的配置。6. 进行选择设备和导体所必须的短路电流计算。7. 选择变电所高、低压侧的断路器、隔离开关。8. 设计 10kV 硬母线系统。二、有关原始数据1. 变电所有关资料（110/10kV）变电所编号P1 P2 P3 负荷曲线
4、 功率因数重要负荷（）A 0.9 65B 26 28 22 B 0.9 70C 0.9 55L1 20 km，L2 22 km，L3 19 km，L4 15 km。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 QFQ502，50MW COS=0.8， X d=0.124T：变压器 SF740000/12122.5%Po = 46kW PK = 174kW Io% = 0.8
5、 UK% = 10.5附图二 典型日负荷曲线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 张：变电所主接线图110/10KV 变电所设计说明书一、 对待设计变电所在系统中的地位和作用及对用户的分析1. 项目：待设变电所 B 在系统中的地位根据变电所在系统中的重要程度可以分为：枢纽变电所枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，连接电力系统的高、中压的几个部分，汇集有多个电源和多回大容量联络线，变电容量大，高压侧电压为 330500kV。全所停电时，将引起系统解列，甚至瘫痪。中间变电所中间变
6、电所一般位于系统的主要环路线路中或系统主要干线的接口处，汇集有 23 个电源，高压侧以交换潮流为主，同时又降压给当地用户，主要起中间环节作用，电压为 22030kV。全变电所停电时，将引起区域电网解列。地区变电所地区变电所以对地区用户供电为主，是一个地区或城市的主要变电所，电压一般为 110220kV。全所停电时，仅使该地区中断供电。终端变电所终端变电所位于输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，不承担功率转送任务，电压为 110kV 及以下。全所停电时，仅使其所用的用户中断供电。待设变电所 C 在系统中的地位和作用由变电所地理位置图可以得出，变电所 C 在整个供电网络中的地位是终端
7、变电所。终端变电所位于输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，不承担功率转送任务，电压为 110kV 及以下。全所停电时，仅使其所用的用户中断供电。由设计任务书中的原始数据得变电所 A 的最大负荷为 30W，变电所 B 的最大负荷为 28MW，变电所 C 的最大负荷为 27MW。2. 项目：对所供用户的分析按重要性不同将负荷分为三类：I 类负荷。即使短时停电也将造成人员伤亡和重大设备损坏最重要负荷为 I 类负荷。如矿井、医院、电弧炼钢炉等。II 类负荷。停电将造成减产，使用户蒙受较大的经济损失的负荷为 II 类负荷。重要的工矿企业一般都属于 II 类负荷。III 类负荷。I、II 类
8、负荷以外的其他负荷均称为 III 类负荷。电力用户对供电可靠性及电源要求：I 类负荷的供电要求任何时间都不能停电。I 类负荷要求两个电源独立供电，即一个电源因故停止供电时，不影响另一个电源供电。并要求设置备用电源II 类负荷的供电要求是：仅在必要时可短时（几分钟到几十分钟）停电。II 类负荷也要求两个电源独立供电。III 类负荷对供电可靠性无特殊要求，停电不会造成大的影响，必要时可长时间停电。 按照以上要求，C 变电所有 55%的重要负荷采用双回路供电，45%非重要负荷采用单回路供电。由最大负荷 Pmax =35MW,每回 10kV 馈线功率为 3MW，则重要负荷回路数： 根据对称性，重要负荷
9、回路数为 8。 双回路供电，则为 16非重要负荷回路数：根据对称性，非重要负荷回路数选为 6所以回路数目：18+6=22，选择 N=22 回二、 选择待设变电所主变的台数、容量及型式1. 项目：选择待设变电所主变的台数依据：有 35110KV 变电所设计规范篇 3.1.2 条：在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器；本次设计，10KV 侧负荷有 55&的重要负荷，所以设置两台主变压器。2. 项目：选择待设变电所主变的容量根据35 -110kv 变电所设计规范 （GB50059-1992）的规定：第 3.1.3 条 装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于
10、60的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。S=18000SN=25000KVAK1=0.62查表得 K2=1.23 2.1maxSN符合3. 项目：选择待设变电所主变的型式相数的确定根据发电厂电气部分P167 页：在 330KV 及以下发电厂和变电所中，一般选用三相式变压器。因为一台三相式较同容量的三台单相式投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件（如桥梁负重、隧道尺寸等）限制时，可选用两台容量较小的三相变压器。本次设计，为 110KV 变电所，本变电所处于城乡结合部，地势平坦，交通方便。应选择三相式变压器绕组数的确定根据发电厂电气部分P167
11、页：只有一种升高电压向用户与系统连接的发电厂，以及只有两种电压的变电所，采用双绕组变压器。本次设计，变电所只有 110、10KV 两种电压。应选择双绕组。绕组接线组别的确定根据发电厂电气部分P168 页：变压器的绕组接地方式必须使其线电压与系统线电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统变压器采用的绕组连接方式有星形“Y”和三角形“D”两种。我国电力变压器的三相绕组所采用的连接方式为：110kV 及以上电压侧均为“YN” ，即由中性点引出并直接接地；本次设计，绕组接线组别选择 YN,d11。变压器二次绕组接成三角形的作用是：消除三次谐波电压分量；用来对附近地区或所用电系统供电（4）调压方式的选择
12、根据发电厂电气部分P168 页：变压器的电压调整是用分接开关的分接头，从而改变其变比来实现的。无励磁调压变压器的分接头较少，调压范围只有 10%（22.5%）且分接头必须在停电的情况下才能调整；有载调压变压器的分接头较多，调压范围可达 30%，且分接头可在带负荷的情况下调节，但其结构复杂、价格贵。在下述情况下较为合理。出力变化大，或发电机经常在低功率因数运行的发电厂的主变压器。具有可逆工作特点的联络变压器。电网电压可能有较大变化的 220kV 及以上的降压变压器。电力潮流变化大和电压偏移大的 110kV 变电所的主变压器。本次设计，对变压器的电压调整无特殊要求。应选择无励磁调压变压器。冷却方式
13、的选择根据发电厂电气部分P168 页：电力变压器的冷却方式，随机型式和容量的不同而异，冷却方式有以下几种类型。自然风冷却。无风扇，仅借助冷却器（又称散热器）热辐射和空气自然对流冷却，额定容量在10000kVA 及以下。强迫空气冷却。坚持风冷式，在冷却器间加装数台电风扇，是由迅速冷却，额定容量在 8000kVA及以上。强迫油循环风冷却。采用潜油泵强迫油循环，并用风扇对油管进行冷却，额定容量为 40000kVA 及以上。强迫油循环水冷却。采用潜油泵强迫油循环，并用水对油管进行冷却，额定容量在 kVA 及以上。由于铜管质量不过关，国内已很少使用。强迫油循环导向冷却。采用潜油泵将油压入线圈之间、线饼之
14、间和铁芯预先设计好的有道中进行冷却。水冷却。将纯水注入空心绕组中，借助使得不断循环，将变压器的热量带走。本次设计，变电所主变容量为 31500KVA。应选择强迫空气冷却方式。本次设计，C 变电所位主变的选择为 2 台，容量为 25000A 用双绕组，技术数据如下表。总结论： 110KV 双绕组户外型变压器参数表型号 额定容量 额定电压 连接组 损耗（KW） 空载 阻抗电 总体质(KVA) 高压 低压空载 短路电流（%）压（%）量（t）SFZ7-20000/110 20000 1108*1.25% 11 YN,d11 30.0 104 1.2 10.5 45.4三、 分析确定高、低压侧主接线及配
15、电装置型式1. 项目：高、低压侧主接线根据35 -110kv 变电所设计规范 （GB50059-1992）的规定：第 3.2.3 条 35-110KV 线路为两回及以下时,宜采用桥形接线本次设计，110KV 线路为两回 。110KV 线路应选择桥型接线。根据发电厂电气部分内桥接线桥连断路器 QF3 在 QF1、QF2 的变压器侧，称内桥接线。1）特点 其中一回路检修或故障时，其余部分不受影响，操作简单。变压器切除、投入或故障时，有一回路短时停运，操作较复杂。线路侧断路器检修时，线路需较长时间停运。另外，穿越功率经过的断路器较多，使断路器故障或检修几率大，从而系统开环的几率大。2）适用范围内桥接
16、线适用于输电线路较长（则检修和故障几率大）或变压器不需经常投、切以及穿越功率不大的小容量配电装置中。外桥接线桥连断路器 QF3 在 QF1、QF2 的线路侧，称外桥接线。1）特点其中一回路检修或故障时，有一台变压器短时停运，操作较复杂。变压器切除、投入或故障时，不影响其余部分的联系，操作较简单。穿越功率的断路器 QF3，所造成的断路器故障、检修及系统开环的几率小。变压器侧断路器检修时，变压器需时间停运。桥连断路器检修时也会造成开环。2）适用范围：适用于输电线路较短或变压器需经常投、切及穿越功率较大的小容量配电装置中。结合本次设计，C 变电所 110KV 主接线为 2 回线、2 台主变时，因为主
17、变不需经常切换、线路较长、穿越功率不大，采用内桥接线。根据35 -110kv 变电所设计规范 （GB50059-1992）的规定：第 3.2.5 条 当变电所装有两台主变压器时，6-10KV 侧宜采用分段单母线。本次设计，变电所装有两台主变压器。10KV 侧应采用分段单母线分段单母线的优点：单母线分段接线 用分段断路器 QFd 将单母线分成几段。1）供电可靠性高。 母线 B 及母线侧隔离开关 QSB 检修，停所在母线；母线 B 及母线侧隔离开关 QSB 故障，停所在母线，而母线分列运行时对另一段母线无影响；分段断路器 QFd 检修不停电； 2）结构可靠性高。 每段母线上的 QSB 为（N/2+
18、1 ）（N 为回路数），明显少于单母线接线，故停电几率减小。 3）灵活性低。 母线只有二种运行方式，即两段母线可以并列运行或分列运行。 4）方便性高。 每个回路中均有断路器来控制，回路投切操作方便；但母线投切操作方便。（相对单母线而言，只需在(N/2+1) 个回路中操作，工作量小。） 设备少，基本无交叉配置，清晰度高，方便性高。 5）投资较小。 比单母线接线，设备有所增加，故投资相应增加。 6）运行效益高。比单母线接线，供电可靠性高，运行效益高。在结构简单的集中主接线中，单母线分段接线得到广泛的应用。 2.项目：配电形式的确定高压侧配电装置型式根据高压配电装置设计技术规程 （DL/T5352-
19、2006）的规定8.2.2 110KV 和 220KV 电压等级的配电装置宜采用屋外中型配电装置或屋外半高型配电装置本次设计，高压侧为 110KV 电压等级结论：高压侧配电装置宜采用屋外半高型配电装置。半高型配电装置优点:布置较中型紧凑，纵向尺寸较中型小。占地约为普通中型的 50%70%。施工、运行、检修条件比高型好。母线不等高布置，实现进、出线均带旁路比较方便。低压侧配电装置型式根据高压配电装置设计技术规程 （DL/T5352-2006）的规定8.2.3 3KV-35KV 电压等级的配电装置宜采用成套式高压开关柜配置型式本次设计，低压侧为 10KV。结论：低压侧应选择成套式高压开关柜配置型式
20、。根据发电厂电气部分3 35kV 高压开关柜，也分为固定式和移开式（手车）两类。移开式开关柜优点：结构紧凑，能防尘和防止小动物造成短路，具有“五防”功能，运行可靠，操作方便，维护工作量小，在电力系统中广泛应用。固定式开关柜缺点：体积大，封闭性能差，检修不够方便。结论：10kV 侧采用屋内配电装置，用成套开关柜，移开式。根据35 -110kv 变电所设计规范 （GB50059-1992）的规定：结合本次设计，C 变电所 110kV 侧采用屋外半高型配电装置；10kV 侧采用屋内配电装置，用成套开关柜，移开式。四、 分析所用电接线类型1. 项目：所用电接线型式依据；由 GB50059-199235
21、110KV 变电所设计规范 ，容量为 110KV 的变电所的总负荷为150200KVA，35110KV 变电所，有 2 台主变压器时，宜装设两台容量相同，可互为备用的所用工作变压器，每台工作变压器按全所计算负荷选择，两台所用变压器可分别由主变压器最低电压级的不同母线段引接；当所内有较低电压母线时，一般均有较低电压母线上引接 12 台所用电压器，且这种引接方式的优点为：经济性好，可靠性高。结论：选择 2 台 S9-315/10 干式所用变压器型号 P0（W） Pw（W） I0（） Uk（）S9-315/10 700 3500 1.5 4五、 进行互感器配置电流互感器配置原则凡装由断路器的回路均应
22、装设电流互感器；在发电机和变压器的中性点、发电机-双绕组变压器单元的发电机出口、桥型接线的跨条上等，也应装设电流互感器。其数量应满足测量仪表、继电保护和自动装置要求。测量仪表、继电保护和自动装置一般均有单独的电流互感器供电或接于不同的二次绕组，因其准确度级要求不同，同时为了防止仪表开路时引起保护的不正确动作。110kV 及以上大电流接地系统的各个回路，一般应按三相配置；35kV 及以下小电流接地短路电流系统的各个回路，据具体要求按两相或三相配置（例如其中的发电机、主变压器、厂用变压器回路为三相式）。保护用电流互感器的配置应尽量消除保护装置的不保护区。为了防止支持式电流互感器的套管闪络造成母线故
23、障，电流互感器通常布置在线路断路器的出线侧或变压器断路器的变压器侧。电流互感器的配置110kV 进线按三相配置，每相配置 4 组电流互感器，型号采用倒置式瓷外套，带金属膨胀器电流互感器，次级排列：0.2S /0.5/5P30/5P30，用于计量、测量、差动、距离（后备。 ）110kV 内桥侧按按三相配置，每相配置 3 组电流互感器，型号采用倒置式瓷外套，带金属膨胀器电流互感器，次级排列：0.5/5P30/5P30，用于计量、差动、后备。主变 110kV 套管内三相配置，每相配置 3 组电流互感器，次级排：0.5/5P30/5P30，用于测量、差动、后备。主变 10kV 侧进线三相配置，每相配置
24、 4 组电流互感器，次级排列：0.2S/0.5/5P30/5P30，用于计量、测量、差动、后备。10kV 出线侧按两相配置，每相配置 3 组电流互感器，次级排列：0.2S/0.5 /5P30，用于计量、测量、速断。10kV 分段侧按两相配置，每相配置 2 组电流互感器，次级排列： 0.5/5P30，用于测量、后备六、 进行选择设备和导体所必须的短路电流计算1. 项目：短路点短路电流计算。依据：由电气工程专业毕业设计指南：电力系统分册 （第二版）得：计算基本情况为：电力系统中所有电源均在额定负荷下运行短路发生在短路电流为最大值的瞬间；计算容量：应按工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展
25、规划，一般取工程建成后的 510 年。短路种类： 按三相短路计算短路计算点：在正常接线方式时，通常设备的短路电流为最大的地点为计算点。短路电流计算条件：忽略电阻，仅计电抗，110KV 馈线，电抗 X=0.4/km 计；选择通过导体或电器的 Ik为最大短路点，及运行方式 ； 每个短路点计算均需校验导体或电器所需的三个短路电流 Ik”,Ik*0.5t，I kt；短路计算点本设计中系统电抗为折算到基准值下的电抗,不考虑穿越功率。为了计算方便选取如下基准值：基准容量：S B= 100MVA基准电压：U B（kV） 10.5 115表 6.1 后备保护动作时间短路点 用途 取值 tkK1 用于选择 11
26、0kV 进线的电器 1.1K2 用于选择主变高压侧电器 1.7K3 用于选择主变低压侧电器 2.0表 6.3 短路电流计算表短路点 （s）ktI(kA) 2tkIkItshi(kA) QkKA2S(kA) (kA)K1 1.1 15.11 15.6 13.25 28.4 250K2 1.7 9.11 9.11 9.11 23.19 141.09K3 2.0 3.45 3.43 3.53 8.78 23.561. 项目： 选择变电所高、低压侧及 10KV 馈线的断路器7 选择变电所高、低压侧的断路器、隔离开关7.1 断路器的选择高压断路器的主要功能是正常运行时用来倒换运行方式，把设备或线路接入电
27、路和退出运行，起着控制作用，当设备或线路发生故障时能快速切除故障，保证无故障部分正常运行起保护作用。选择的基本条件：型式：高压侧（110kV）：户外 SF6 断路器低压侧（10kV）：户内真空断路器额定电压：U NU Ns （工作电压）额定电流：I NI max（最大持续工作电流）额定开断电流：I NbrI t额定关合电流：I Ncli sh动稳定校验：i esi sh热稳定校验：It 2tQ k选择性结果110kV 进线，母线桥和跨条上的断路器的选择如下：表 7.1 110kV 进线，母线桥和跨条上的断路器型号 额定电压（kV）额定电流（A ）额定开断电流（kA）额定关合电流（峰值 kA）动
28、稳定电流（峰值kA）热稳定电流（kA/ 4s）SW6-110 110 1200 31.5 80 80 31.5变电所 C 所高压侧隔离开关的选择：表 7.2 变电所 C 所高压侧隔离开关型号 额定电压（kV）额定电流（A ）动稳定电流（峰值kA）热稳定电流（kA/ 4s）GW13-110 110 630 55 16变电所 C 所低压侧断路器的选择如下：表 7.3 变电所 C 所低压侧断路器型号 额定电 额定电 额定开断 额定关合 动稳定电 热稳定电压（kV）流（A ）电流（ kA）电流（峰值 kA）流（峰值kA）流（kA/ 3s）ZN12-10 10 1600 50 125 125 5010k
29、V 分段断路器的选择如下：表 7.4 10kV 分段断路器型号 额定电压（kV）额定电流（A ）额定开断电流（ kA）额定关合电流（峰值 kA）动稳定电流（峰值kA）热稳定电流（kA/ 3s）ZN12-10 10 1600 50 125 125 5010kV 出线断路器的选择如下：表 7.5 10kV 出线断路器型号 额定电压（kV）额定电流（A ）额定开断电流（ kA）额定关合电流（峰值 kA）动稳定电流（峰值kA）热稳定电流（kA/ 2s）SN10-10II 10 1000 31.5 80 80 31.5七、 选择 10KV 硬母线1. 项目： 母线材料，截面形状和布置方式选择依据：材料：
30、一般情况下采用铝母线 优点：电阻率高且密度小。截面形状：在 35KV 及以下，持续工作电流在 400A 及以下的屋内配电装置中，一般采用矩形母线，当电路的工作电流超过最大截面积的单条母线的允许载流量时，每相可用24 条并列使用布置方法：三相竖直垂放 优点为：便于观察，对矩形母线，兼有水平布置的 2 重方式的优点，适用于此种情况且因为考虑到散热面积最大，通风冷却效果较好，即导体竖放。开关柜资料：使用开关柜型号为 KYN28-12 型移开式交流金属封闭开关设备，由结构图可知，母线为三角形排列结论：选每相 2 条 125 mm*10 mm =2500mm2铝导体十、 主要参考文献1. 姚春球.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社，20082. 范锡普.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社, 20043. 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，20084. 35110kV 变电所设计规范（GB 50059-1992）.北京：中国计划出版社，19935. 导体和电器选择设计技术规定（DLT 52222005）.北京：中国电力出版社，20056. 高压配电装置设计技术规程（DLT 5352-2006）. 北京：中国电力出版社，2007
