1、发配电课程设计报告（ 2017 2018 学年 第 一 学期）姓 名： 高璐茜 专业班级： 电气合 1403 学 号： 361409010301 总评成绩报告成绩 答疑成绩 答辩成绩河南理工大学电力系参加辅导情况与成绩签字： 日期：图纸、报告评语与成绩签字： 日期：答辩记录与成绩签字： 日期：目 录1 课程设计目的与要求 11.1 课程设计目的 11.2 课程设计要求 12 原始资料分析 23 负荷统计计算与无功补偿 33.1 负荷统计计算 33.2 无功补偿容量计算 .43.2.1 无功补偿容量的确定 43.2.2 无功补偿后的功率因数 .54 主变压器选择 .64.1 变压器选择原则 .6
2、4.2 变压器台数和容量的确定 .74.3 主变压器型式选择 .85 电气主接线设计 95.1 电气主接线设计要求与原则 95.2 110kV 侧电气主接线设计 105.3 10kV 侧电气主接线设计 105.4 110kV 变电站主接线形式 116 短路电流计算 126.1 短路电流计算目的 .126.2 短路计算点的确定 126.3 短路电流计算 126.4 短路计算结果 167 主要电气设备选择 187.1 电气设备选择的一般原则（或条件） .187.2 断路器的选择 .207.2.1 110kv 侧断路器的选择 207.2.2 10kV 侧断路器的选择 .227.3 隔离开关的选择 .
3、267.3.1110kv 侧隔离开关的选择 .267.3.210kV 侧隔离开关的选择 267.4 10kV 母线的选择 278 总结 29参考文献 2911 课程设计目的与要求1.1 课程设计目的（1）加深课堂理论的学习和理解；培养综合运用所学基础课、理论课、专业课知识去分析和理解本专业范围内的一般工程技术文梯的能力，通过专业设计进一步巩固、扩大和深化所学的理论知识和基本技能，从而实现理论与实践相结合的最终目的。（2）得到一定的工程实践锻炼；掌握电力系统设计的基本方法；熟练一些电力系统中的基本计算；培养电力工程设计能力。基于所学理论知识，结合电力设计技术规范等工程技术规程，理论联系实际、学以
4、致用。1.2课程设计要求（1）课程设计应根据设计任务书以及国家的有关政策和相关专业的设计技术规程、规定进行。（2）本着安全可靠、技术经济合理的精神，遵照有关规程规范，结合我国变电站技术发展水平的现状及条件，力求系统简单可靠，并考虑一定的发展余地，同时注意吸取和采用国内外的先进技术，作出质量较高，满足工程要求的发配电系统设计。（3）提交设计计算说明书一份，要求说明书内容力求简洁，符合格式要求，同类计算仅举一例，其余只需列出基本参数和计算结果于表内。（4）用一号图纸画电气主接线图一张，注意整个图纸的结构布置及设备图形符号的正确运用，要标出主要设备型号及主要规格等，图纸标准符合工程制图要求，标题栏应
5、包含图名称、设计人、审核人、设计单位、设计时间等。22 原始资料分析（1）变电站类型某 110kV 降压变电站，有两条 110kV 架空进线，来自不同的变电站：一条长度为 15km，型号LGJ185，其上一级变电站 110kV 母线的短路容量为 1200MVA；另一条长度为 20km，型号 LGJ185，其上一级变电站 110kV 母线的短路容量为 1300MVA。（2）在电力系统中的地位和作用变电站是电源、升降电压和分配电力的场所，是联系发电厂和用户的中间环节，在电力系统中的作用主要是将发电机输出的电压转换为用户使用的电压等级、分配输送到用户使用。变电站作为电力系统中的重要组成部分，直接影响
6、整个电力系统的安全与经济运行。本课设中待设计的变电站是一座 110kV 降压变电站，在系统中起着汇聚和分配电能的作用，担负着向该地区工厂、市政供电的重要任务。该变电站的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、经济地运行目的。（3）负荷情况本变电站 10kV 侧有 12 回电缆出线，继电保护的动作时间为 1.5s，最大负荷利用小时数为5000h/年。负荷情况如表 2-1 所示：表 2-1 10kV 侧各电缆出线的最大负荷线路编号 负荷类型 容量（kW） 功率因数 离 110kV 变电站距离（ km）1# 民用 2400 0.9 3
7、.52# 市政 1200 0.9 2.53#、4# 学校 2000 0.89 45#、6# 医院 2800 0.88 37# 面粉厂 1000 0.87 4.338# 、9# 水泥厂 2800 0.88 310#、11# 水厂 4200 0.87 4.512# 纺织厂 1500 0.85 1.810kV 侧，最大负荷的同时系数为 0.85。要求 10kV 侧无功补偿后的功率因数不小于 0.95。（4）环境条件变电站海拔高度为 500m，最高温度为 40C，最低温度为-7 C。最高月平均温度为 34C。该所附近地势平坦，交通便利，可不考虑环境污染影响。43 负荷统计计算与无功补偿3.1 负荷统计
8、计算由于 10kV 母线上各出线负荷是各电力用户的最大负荷，所以母线的最大负荷需要考虑同时系数，即： tnKPP)(321(3-1)无功功率： tnQQ)(321(3-2)视在功率： 2PS(3-3)式中： nP各出线最大负荷；nQ各出线最大无功功率； tK母线上各回路最大负荷的同时系数。运用上述公式，将原始数据代入式中，计算如下：110kV 母线上的最大负荷为： )kW(1528.079 85.0)1428012804)(654321 tKPP，无功功率为：5)kVar(24.817 )tantantatnt ) 126543212653 tKPPPKQQ ，视在功率为： )kVA(17.2
9、924.85S3.2 无功补偿容量计算3.2.1 无功补偿容量的确定自然功率因数 cos1 按下式确定： SP1cos(3-4) 按照功率因数 0.95 补偿，则无功补偿容量可由下列公式计算： )tan(21PQC(3-5)式中： P用户 10kV 母线上的计算有功功率， kW；S用户 10kV 母线上的计算视在功率， kVA；CQ用户 10kV 母线上的无功补偿容量， kVar。运用上述公式，将 3.1 中计算数据代入式中，计算如下：自然功率因数为： 80.1729cos16无功补偿容量为： )kVar(4671)328.05.2CQ选用 BFM10.5-300-1 电容器，电压 10kV
10、每柜容量为 300(kVar)，则柜数应为：57.130/46CqN式中： Cq每台电容柜的无功补偿容量，kVar。取偶数得： ）（ 柜16N实际补偿容量： )kVar(480163. CfqQ3.2.2 无功补偿后的功率因数计算补偿后的视在功率： 2.2)( fCQPS(3-6)补偿后的功率因数： cos2SP(3-7)将 3.2.1 中计算数据代入上式，计算如下：补偿后的视在功率为：7)kVA(76.1520)46802.1 2S补偿后的功率因数为： 9740.6152cos补偿后功率因数大于 0.95，符合国家电力规程规定要求。84 主变压器选择4.1 变压器选择原则4.1.1 变压器台
11、数的选择原则 变压器设计规范中，对有大量一、二级负荷的变电站，应满足电力负荷对供电可靠性的要求，装设两台主变压器，当经济比较合理时，可装设两台以上的主变压器；若只有一条电源进线，或变电站可由低压侧电网取得备用电源时，可装设一台主变压器；若绝大部分负荷为三级负荷，少量一、二级负荷可由邻近低压电力网取得备用电源时，可装设一台主变压器。4.1.2 变压器容量的选择原则主变容量一般按变电站建成后 510 年规划负荷来进行选择，并适当考虑远期 1020 年的负荷发展。对装有一台变压器的变电站，主变压器的容量应满足全部用电设备总计负荷的需要；装有两台变压器的变电站，每台变压器的容量应满足全部负荷的 70%
12、80% ，且当一台出现故障时，另一台应能承担全部一、二级负荷；装有两台以上变压器的变电站，所有变压器的总额定容量应不小于无功补偿后的计算容量。4.1.3 变压器型式和结构的选择原则（1）相数变压器有单相变压器和三相变压器。容量为 300MW 及以下机组单元连接的主变压器和 330kV及以下电力系统，一般都应选择三相变压器。（2）绕组数与结构电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式，按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。机组容量为 125MW 及以下的发电厂或变电站多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的 15%及
13、以上，否则绕组未能充分利用。9在 110kV 及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器。它损耗小、价格低，但主要潮流方向应为低压和中压同时向高压送电，或反之，且变化不宜过大，并注意自耦变压器限制短路电流的效果较差。（3）绕组联结组号变压器三相绕组的联结组号必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连按方式只有星形“Y”和三角形 “d”两种。因此，变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制 3 次谐波对电源的影响等因素，主变压器联结组号一般都选用 YNd11 常规接线。（4）阻
14、抗和调压方式变压器阻抗实质是绕组之间的漏抗，当变压器的电压比、型式、结构和材料确定之后，其阻抗大小一般和变压器容量关系不大，各侧阻抗值的选择应从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、短路电流、继电保护、系统内的调压手段和并联运行等方面综合考虑，以对具体工程起决定性的因素确定。对于双绕组变压器，一般按标准规定值选择；对于三绕组普通型和自耦型变压器各侧阻抗，按用途即升压型或降压型确定。为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。应当看到，这种调压仅改变电网无功潮流分配，并不会增加整个电网无功容量。切换方式
15、有两种：一种是不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在22.5%以内，应视具体工程情况而定；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%，其结构复杂，价格昂贵。（5）冷却方式油浸式电力变压器的冷却方式随其型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。中、小型变压器通常采用依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器和电动风扇的自然风冷却及强迫风冷却方式散发热量；容量在 31.5MVA 及以上的大容量变压器一般采用强迫油循环10风冷却；容量在 350MVA 及以上的特大变压器一般采用强迫油循环导向冷却。此外，SF 6 气体变
16、压器冷却方式与油浸式相似；而干式变压器因容量较小，一般为自然风或风扇冷却两种方式。4.2 变压器台数和容量的确定已知该降压变电站经两条 110kV 架空线路与系统相连，10kV 侧所供电的负荷中有大量一、二级负荷，故在本设计中装设两台主变压器，互为暗备用。正常运行时，两台变压器同时投入工作，每台变压器承担 50%的计算负荷；当一台变压器进行检修或发生故障停运时，另一台变压器能承担起全部一、二级负荷的供电。这里选用两台容量相同的变压器，每台变压器的容量为： .SKguTN(4-1)式中： guK事故时的负荷保证系数，根据一、二级负荷所占比例决定，这里取 0.7。即为： )kVA(532.1094
17、76.52.07 STN根据计算结果，该设计中选用的主变压器的容量规格为 12500kVA。4.3 主变压器型式选择根据主变压器型式和结构选择原则，综合考虑该站的环境、电压等级、负载情况等因素，选用变压器型号为 SF11-12500/110 作为该站的两台主变压器。该站主变压器的型式和技术参数分别如表 4-1 和表 4-2 所示：表 4-1 主变压器的型式11相数 三相绕组数 双绕组绕组联结组号 YNd11调压方式 无励磁调压冷却方式 自然风冷却表 4-2 主变压器的技术参数电压（kV）损耗（kW）型号规格（ kVA）高压 低压 空载 负载联结组号阻抗电压（%）空载电流（%）重量（kg）尺寸（
18、mm）SF11-12500/11011022.5%10.5 12.5 59.9 YNd11 10.5 0.72 280004900381016005 电气主接线设计5.1 电气主接线设计要求与原则5.1.1 电气主接线设计的基本要求电气主接线的基本要求，概括的说包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。12（1）可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。停电会使发电厂、国民经济部门造成巨大经济损失，还可能会导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等社会影响。电气主接线的可靠性不是绝对的。在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的
19、负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等因素。主接线可靠性的基本要求通常包括以下几个方面：断路器检修时，不宜影响对系统的供电；线路、断路器或母线故障时，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回路数和供电时间，并能保证对全部一类及全部或大部分二类用户供电；尽量避免变电站全部停电的可能性；大型机组突然停运时，不应危及电力系统稳定运行。（2）灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。应包括：操作的方便性；调度的方便性和扩建的方便性等几个方面。（3）经济性通常设计应该在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。主要从节省一次投资、占地面积少和电能损耗少等方面考虑。5.1
20、.2 电气主接线的设计原则设计变电所电气主接线时，所遵循的总原则：符合设计任务书的要求；符合有关的方针、政策和技术规范、规程；结合具体工程特点, 设计出技术经济合理的主接线。为此，应考虑下列情况：。（1）明确变电所在电力系统中的地位和作用各类变电所在电力系统中的地位是不同的，所以对主接线的可靠性、灵活性和经济性等的要求也不同。（2）确定变压器的运行方式13有重要负荷的变电所，应装设两台容量相同或不同的变压器。负荷低时，可以切除一台，以减小空载损耗。（3）合理地确定电压等级变电所高压侧电压普遍采用一个等级，低压侧电压一般为 1-2 个等级，目前多为一个等级。（4）变电所的分期和最终建设规模变电所
21、根据 5-10 年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台( 组) 主变压器。当技术经济比较合理时，终端或分支变电所如果只有一个电源时，也可只装设一台主变压器。（5）开关电器的设置在满足供电可靠性要求的条件下，变电所应根据自身的特点，尽量减少断路器的数目，特别是非重要用户的终端变电所，可适当采用熔断器或接地开关等简易开关电器，以达到提高经济性的目的。（6）电气参数的确定最小负荷为最大负荷的 60%-70%，如果主要负荷是农业负荷，其值为 20%-30%；按不同用户，确定最大负荷利用小时数。5.2 110kV 侧电气主接线设计该站选用两台主变压器，其 110kV 侧有两路不同的电源进线，为了保证对
22、其低压侧的大量一、二级负荷进行可靠供电和灵活地分合闸操作，110kV 侧采用全桥的主接线方式。全桥的接线方式适应性强，对线路、变压器的操作均方便、简洁，能减少运行维护人员和值班人员的失误操作。运行灵活且易于拓展为单母分段式接线。全桥接线多用于负荷较大，电压等级较高，供电要求多的场合。外桥式接线的连接桥设置在线路侧，并在连接桥上装设了断路器。当变压器有故障时，只需断14开变压器侧断路器即可，可不影响其他回路的工作。但线路出现故障将会造成其中一台变压器停电，如果想恢复变压器的运行，必须将线路出口的隔离开关拉开，切除故障线路后，才能给变压器送电。因此该接线适用于线路较短、故障少、而变压器又切换频繁的
23、变电站。故本次设计采用全桥的主接线方式。5.3 10kV 侧电气主接线设计考虑该站 12 条负荷出线中有 8 条是供给学校、水泥厂、医院和水厂这样的一、二级负荷，负荷占比超过 60%，对供电的可靠性要求很高，故而 10kV 侧采用单母分段式接线。单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电的可靠性和灵活性。对重要用户可以从不同段引出两条供电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；而两段母线同时故障的几率很小，可以不予考虑。单母分段式接线所用设备少，系统简单、经济，操作安全，多用于具有一、二级负荷，且出线较多的变电站。大型发
24、电厂和变电站对运行可靠性与灵活性的要求很高，必须注意避免母线系统故障以及限制母线故障影响范围，防止全厂（站）性停电事故的发生，常采用双母线分段接线。双母分段式接线对经济要求过高，单母分段式接线在本次设计已经满足本次设计，故本次设计选小型 10kV 侧采用单母分段式接线。5.4 110kV 变电站主接线形式110kV 侧采用全桥的主接线方式。共有两回来自不同电源的进线 WL1 和 WL2，其中 WL1 长度为 15km，型号 LGJ185，上一级变电站母线的短路容量为 1200MVA；WL2 长度为 20km，型号LGJ185，上一级变电站母线的短路容量为 1300MVA。10kV 侧采用单母分
25、段的主接线方式。共 12 回出线为 8 个负荷供电，其中一、二类负荷为学校、医院、水泥厂和水厂，出线编号分别为 3#、4#，5#、6#，8#、9#和 10#、11#。各段母线负荷出线15为：段：2#、4#、6#、8#、10#、12#； 11449.41kVA。 段：1#、3#、5#、7#、9#、11#；17254.51kVA。主接线图如下：图 5-1 110/10kv 变电站主接线图16176 短路电流计算6.1 短路电流计算目的发生短路时，因短路回路的总阻抗非常小，故短路电流可能达到很大的数值。强大的短路电流所产生的热和电动力效应会使电气设备受到破坏，短路点的电弧可能烧毁电气设备，短路点附近
26、的电压显著降低，使供电受到严重影响或被迫中断。短路产生的后果极为严重，为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在供电系统的设计和运行中，必须进行短路电流计算，以解决下列技术问题：（1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度；（2）设置和整定继电保护装置。使之能正确地切除短路故障；（3）确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不够经济时，可采取限制短路电流的措施；（4）确定合理的主接线方案和主要运行方式等。6.2 短路计算点的确定根据短路点的计算目的，一般选取各线路始、末端作为短路计算点。线路末端的最大三相短路电流常用来校验电气设备的动、热稳定性，并作为上一级继电保
27、护的整定参数之一；线路末端的最小两相短路电流常用来检验相关继电保护的灵敏度。在此变电站设计中，只有 110kV 和 10kV 两个电压等级，这里可在 110kV 母线和 10kV 母线上各取一个短路点。6.3 短路电流计算6.3.1 短路计算原理该 110/10kV 变电站在正常运行方式下为全分列运行，任意点的短路电流由系统电源通过本回路提供，且各短路点的最大、最小短路电流仅与系统的运行方式有关。18本变电站的两回 110kV 电源进线上的长度不同 ,一条长度为 15km，另一条长度为 20km，架空线路的型号同为 LGJ185；且对应的两个上一级变电站 110kV 母线的短路容量也不同，分别
28、为1200MVA 和 1300MVA。分别对两条进线进行总电抗的计算，选取最小总电抗来计算最大三相短路电流值，并以此求得短路冲击电流和短路容量。根据短路点的选取和该变电站的主接线图 5-1，可画出图 6-1 所示的短路计算等效图。表 6-1 短路计算等效图如图 6-1，采用标幺值法计算。选取基准容量 dS和基准电压 avdU。可求得基准电流为： ddSI3(6-1)基准电抗： dSUX2(6-2)电源电抗的标幺值： sdsavdss SUX2(6-3)19式中： sX电源电抗的有名值， ；avU短路点所在线路的平均额定电压，kV ；sS供电系统出口处的短路容量，MVA。线路电抗的标幺值： 20
29、ddllUSxX(6-4)式中： lX线路电抗的有名值， ；0x线路单位长度电抗值， km/；l线路长度，km。变压器电抗的标幺值： TNdkdTNavkdT SUSUX10%/102(6-5)式中： TX变压器电抗的有名值， ；%kU阻抗电压百分数；TNS变压器的额定容量，MVA。总电抗的标幺值： 321XX(6-6)三相短路电流周期分量的标幺值：20XUIs1(6-7)式中： U因 av， avd，故 。三相短路电流周期分量的有效值： dsI(6-8)短路冲击电流的峰值和有效值： sshIi5.2(6-9)sshI.1(6-10)三相短路容量： sdsdsavs ISIUIS3(6-11)
30、6.3.2 短路计算过程运用上述公式，将原始数据代入式中，计算过程如下：（1）选择计算各基准量选取基准容量 MVA10dS,基准电压 kV15dU, k5.102d。求得各级基准电流为： )kA(502.1311ddSI21)kA(4986.510322ddUSI（2）计算各元件的标幺电抗1）电源进线 WL1 上电抗的标幺值计算：电源电抗的标幺值为： 083.121sdsSX110kV 线路电抗的标幺值为： 045.154.022101 dlUSxX式中： 0x架空线路型号为 LGJ185，查表取 km/.。2）电源进线 WL2 上电抗的标幺值计算：电源电抗的标幺值为： 07.132sdsSX
31、110kV 线路电抗的标幺值为： 065.124.022102 dlUSxX3）变压器电抗的标幺值： 84.0512.10%TNdkTSX22（3）计算各短路点的短路参数1）110kV 母线上的 k1 点短路分别计算两回电源进线上的总电抗： 1284.05.083.11 lskX37.6.7.221lsk比较计算结果，选择电源进线 WL1 上的总电抗来求 k1 点的最大三相短路电流和相关参数： 78.124.0110. ksXI )kV(906.35.78.10.1. dssII 725.10.10. sshi )k(94.56.3.10.10. sshII MVA8.7.10.10. sds
32、S1）10kV 母线上的 k2 点短路因为该降压变电站采用分列运行，两台主变压器的型号完全相同，该变电站高低压侧母线间的变压器电抗值也相同，故这里仍选择电源进线 WL1 到 10kV 母线上的总电抗来求 k2 点的最大三相短路电流和相关参数： 9684.0.045.83.12 TlskXX.196.210. ksI )kV(78.54.3.210 dssII23)kV(479.168.525.10.10. sshIi 3.10.10.sshI )MA(.10.10.10. sdsS6.4 短路计算结果将上述短路计算的结果列入表 6-2 中：24表 6-2 短路计算结果短路电流/kA短路计算点I
33、s ish Ish短路容量SS/(MVA)k1 3.9096 9.97 5.94 778.8k2 5.678 14.479 8.63 103.3257 主要电气设备选择7.1 电气设备选择的一般原则7.1.1 按正常条件选择（1）额定电压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的 1.11.5 倍，而电网运行电压的波动范围，一般不超过电网额定电压的 1.5倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压 NU不低于装置地点电网的额定电压 NS
34、U的条件选择，即： NS我国普通电器额定电压标准是按海拔 1000m 设计的。如果在高海拔地区，应选用高海拔设备或采取某些比亚必要的措施增强电器的外绝缘，方可应用。（2）额定电流电气设备的额定电流 NI是指，在额定环境温度 0下，电气设备的长期允许电流。应不小于通过它的最大长时负荷电流 mlo.（或计算电流 caI），即： mloN.电气设备的额定电流是指规定环境温度为+40时，长期允许通过的最大电流。如果电器周围环境温度与额定环境温度不符时，应对额定电流值进行修正。当温度高于+40时，每增高 1，额定电流减少 1.8%。当低于 +40时，每降低 1，额定电流增加 0.5%，但总增加值不得超过额定电流的 20%。
