發(fā)電廠電氣部分課程設計--降壓變電所設計

1、<p>　　發(fā)電廠電氣部分課程設計</p><p><b>　　降壓變電所設計</b></p><p>　　學 院：機電工程學院</p><p><b>　　專 業(yè)：</b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><

2、;p><b>　　班 級：</b></p><p><b>　　指導教師：</b></p><p>　　設計完成日期：2013年8月15日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一.課程設計的目的和要求1</p><

3、;p>　?。ㄒ唬?課程設計的目的1</p><p>　?。ǘ?課程設計的任務要求1</p><p>　　（三）.設計成果2</p><p>　　二. 原始資料分析2</p><p>　?。ㄒ唬?一次系統接線圖2</p><p>　　（二）.負荷情況2</p><p>　?。ㄈ?/p>

4、）.所址位置4</p><p>　?。ㄋ模?氣象條件4</p><p>　　三. 主接線的設計4</p><p>　　（一）.主接線的設計原則和要求4</p><p>　?。ǘ?電氣主接線的設計原則5</p><p>　?。ㄈ?電氣主接線的主要要求5</p><p>　　（四）.

5、主接線方案的選擇5</p><p>　?。ㄎ澹?主接線圖7</p><p>　?。?變壓器的選擇7</p><p>　　四. 短路電流計算10</p><p>　?。ㄒ唬?各處短路電流的計算10</p><p>　?。ǘ?斷路器和隔離開關的選擇14</p><p>　　（三）.

6、母線的選擇15</p><p>　　（四）.電流、電壓互感器的選擇17</p><p>　　五. 斷路器控制回路的設計20</p><p><b>　　五．參考文獻22</b></p><p>　　一.課程設計的目的和要求</p><p>　?。ㄒ唬?課程設計的目的</p>

7、<p>　　發(fā)電廠電氣部分課程設計是在學習電力系統基礎課程后的一次綜合性訓練，通過課程設計實踐達到：</p><p>　?、凫柟獭鞍l(fā)電廠電氣部分” 、“電力系統分析”課程的理論知識。</p><p>　?、谑煜夷茉撮_發(fā)策略和有關技術規(guī)范、規(guī)定、導則等。</p><p>　　③掌握發(fā)電廠（或變電所）電氣部分設計的基本方法和內容。</p>&

8、lt;p>　　④學習工程設計說明書的撰寫。</p><p>　?、菖囵B(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的工作能力和實際工程設計的基本技能。</p><p>　　（二）.課程設計的任務要求</p><p>　?、賹θ蝿諘假Y料進行分析，畫出主接線框圖;</p><p>　?、诓輸M主接線方案并進行方案比較。</p><p&g

9、t;　?、蹟M定的方案應保證供電可靠、技術先進具有可行性、滿足技術要求，又必須經濟實用。</p><p>　　④選擇短路點，進行短路電流計算。</p><p>　?、葸x擇主要的電器設備（斷路器、隔離開關、母線、互感器等）。</p><p><b>　?。ㄈ?設計成果</b></p><p>　　①完成主接線圖一張。<

10、;/p><p><b>　?、谠O計說明書一份。</b></p><p><b>　　二. 原始資料分析</b></p><p>　　110/35/10降壓變電所電氣部分設計：</p><p>　　根據電網規(guī)劃和地區(qū)電力負荷發(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

11、時提高系統運行的可靠性。</p><p>　?。ㄒ唬?一次系統接線圖</p><p><b>　　（二）.負荷情況</b></p><p>　　該變電所有110/35/10三種電壓等級，35KV、10KV側負荷情況見下表，負荷的同時率均為0.85，年增長率為12%，最大負荷利用小時數均為5500h.</p><p>　　

12、2.2.1 35KV側</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　2.2.2 10KV側</p><p><b>　　表2</b></p><p><b>　?。ㄈ?所址位置</b></p><p>　　該所址北側有約寬80m的公路

13、，交通方便，現有負荷中心和規(guī)劃中心均在該變電所周圍55Km范圍內，地勢平坦，海拔高度20m，空氣污染不嚴重，土壤電阻率為1000Ω.M。</p><p><b>　?。ㄋ模?氣象條件</b></p><p>　　當地年最高溫度40℃， 年最低溫度-10℃; 最熱月平均氣溫30℃; 年主導風向東，最大定時風速28m/s, 基本風壓值54kg/㎡； 雷暴日數為60日/年

14、。</p><p><b>　　三. 主接線的設計</b></p><p>　?。ㄒ唬?主接線的設計原則和要求</p><p>　　發(fā)電廠和變電所的電氣主接線是保證電網安全可靠、經濟運行的關鍵，是電氣設備布置、選擇、自動化水平和二次回路設計的原則和基礎。</p><p>　?。ǘ?電氣主接線的設計原則</p>

15、;<p>　　應根據發(fā)電廠和變電所所在電力系統的地位和作用。首先應滿足電力系統的可靠運行和經濟調度的要求，根據規(guī)則容量，本期建設規(guī)模、輸送電壓等級、進出線回路數、供電負荷的重要性，保證供需平衡，電力系統線路容量、電氣設備性能和周圍環(huán)境及自動化規(guī)則與要求等條件確定，應滿足可靠性、靈活性和經濟型的要求。</p><p>　?。ㄈ?電氣主接線的主要要求</p><p><b

16、>　　3.3.1可靠性：</b></p><p>　　可靠性的客觀衡量標準時運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）在運行中可靠性的綜合，因此要考慮一次設備和二次部分的故障及其對供電的影響，衡量電氣主接線運行可靠性的一般準則是：</p><p>　　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，停電出線回路數的多少和

17、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。</p><p><b>　　3.3.2靈活性：</b></p><p>　　投切發(fā)電機、變壓器、線路斷路器的操作要可靠方便，調度靈活，電氣主接線的靈活性要求有以下幾方面：調度靈活、操作方便，應能靈活地投切某些元件，調配電源和負荷能滿足系統在事故、檢修及特殊運行方式下的調整要求。</p

18、><p>　　檢修安全，應能容易地從初期過渡到最終接線，并在擴建過渡時使一次和二次設備等所需的改造最少。</p><p>　　控制、保護方式不過于復雜，以利于運行并節(jié)約二次設備和電纜投資，要適當限制經濟型：通過優(yōu)化比選，應盡力做到投資省、占地面積小、電能損耗少，在滿足技術要求的前提下，要做到經濟合理。</p><p>　　（四）.主接線方案的選擇 </p>

19、;<p>　　3.4.1對于110KV電壓級</p><p><b>　　①單母分段帶旁路</b></p><p>　　斷路器經過長期運行和切斷數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，可增設旁路母線。</p><p>　　優(yōu)點：接線簡單清晰，設備少，操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置，檢修與其相連的任一

20、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，增大了投資。</p><p>　　②單母分段接線： 接線簡單清晰，設備少，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，當一段母線發(fā)生故障，由于分段斷路器在繼電保護裝置的作用下，能自動將故障段

21、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，而且比較經濟，故110KV側接線應選單母分段接線。</p><p>　　3.4.2對于35KV電壓等級</p><p><b>　　①雙母線接線</b></p><p>　　優(yōu)點：供電可靠，調度方式比較靈活，擴建方便，便于試驗。</p><p>　

22、　缺點：停電影響范圍廣，雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復雜，對運行人員要求高。</p><p><b>　?、陔p母線分段接線</b></p><p>　　優(yōu)點：任何時候都有備用母線，有較高的可靠性和靈活性。</p><p>　　缺點：增加投資。對于35KV，故采用雙母線分段接線。</p><p>　　3.4.3對

23、于10KV電壓等級</p><p><b>　?、匐p母線分段</b></p><p>　　優(yōu)點：增加供電可靠性，靈活，當有故障時，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。</p><p>　　缺點：比雙母增加兩臺斷路器，投資有所增加。</p><p><b>　?、陔p母線接線</b>

24、</p><p>　　優(yōu)點：供電可靠，調度方式比較靈活，擴建方便，便于試驗。</p><p>　　缺點：雙母線接線方式有一定局限性，而且操作較復雜，對運行人員要求高。故采用雙母線接線方式。</p><p><b>　?。ㄎ澹?主接線圖</b></p><p><b>　　主接線圖如下：</b><

25、;/p><p>　　（六）.變壓器的選擇</p><p><b>　　變電站一：</b></p><p><b>　　變電站二：</b></p><p><b>　　變電站三：</b></p><p><b>　　變電站四：</b>&l

26、t;/p><p><b>　　變電站五：</b></p><p><b>　　變電站六：</b></p><p>　　對于35KV側負荷 </p><p><b>　　電院：</b></p><p><b>　　普明村：</b>

27、</p><p><b>　　西湖公園：</b></p><p><b>　　醫(yī)院：</b></p><p><b>　　電影院：</b></p><p><b>　　電院附?。?lt;/b></p><p><b>　　僑鄉(xiāng)體

28、育館：</b></p><p><b>　　美食城：</b></p><p><b>　　商業(yè)中心：</b></p><p><b>　　民俗村：</b></p><p><b>　　步行街：</b></p><p>&

29、lt;b>　　鯉城大酒店：</b></p><p><b>　　對于10KV側負荷</b></p><p>　　5KV和10KV總負荷 </p><p>　　35KV最大負荷為42.7MVA，10KV最大負荷為25.1MVA。</p><p>　　3.6.1選擇變壓器：</p>&l

30、t;p>　?、賹τ?，在正常情況T1、T2各承擔一半。</p><p>　?、趯τ?、如果有一臺壞掉，另一臺承擔70％</p><p>　　所以各電壓等級容量為上，同理如上。所以選取100/100/50。</p><p><b>　　四. 短路電流計算</b></p><p>　　（一）.各處短路電流的計算</p

31、><p>　　如果①處發(fā)生短路，等值電路如圖：</p><p><b>　　三相短路，取</b></p><p>　　架空線0.4Ω/km 電纜0.08Ω/km</p><p><b>　　：</b></p><p><b>　　同理，同上。</b><

32、;/p><p><b>　　：</b></p><p>　　所以到電抗為24.194，到電抗為24.194，到電抗為10.067。</p><p><b>　　各電源的計算電抗：</b></p><p>　　所以短路電流得： </p><p><b>　

33、　短路點總短路電流：</b></p><p><b>　　總的短路電流：</b></p><p>　　如果②處短路，等值電路為：</p><p><b>　　：</b></p><p><b>　?。和硗?。</b></p><p><

34、;b>　?。海?lt;/b></p><p><b>　　阻抗電壓%值如下</b></p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　各繞組短路電壓為：</b></p><p>　　各繞組等值電抗標幺值為：</p><p>

35、;　　各電源到短路點外的轉移阻抗為：</p><p><b>　　各電源計算電抗為：</b></p><p><b>　　所以短路電流為：</b></p><p>　　I0.1=0.026 I0.2=0.24</p><p>　　I0.1=0.026 I0.2=0.24</p>&

36、lt;p>　　I0.1=0.03 I0.2=0.028</p><p><b>　　I0.1總=</b></p><p>　　如果③處短路，等值電路如圖</p><p>　　各電源到短路處轉移阻抗：</p><p><b>　　， ， </b></p><p>&l

37、t;b>　　各電源計算電抗為：</b></p><p>　　計算電抗查運算曲線得短路電流標幺值為：</p><p>　　查資料，對于無延時保護，微機保護動作時間一般為0.016s-0.03s。</p><p>　?。ǘ?斷路器和隔離開關的選擇</p><p>　　選取10KV所連變壓器側的斷路器和隔離開關</p>

38、;<p><b>　　最大工作電流</b></p><p>　　根據、及斷路器安在室內要求，查附表六，可選取SN10-10III/2000型少油斷路器。</p><p>　　固有分閘時間為0.06s，滅弧時間為0.06s。</p><p><b>　　短路熱穩(wěn)定時間為</b></p><p

39、>　　由前面10KV，短路電流得</p><p><b>　　短路周期分量</b></p><p>　　查表3-3，T=0.05</p><p><b>　　短路非周期分量</b></p><p><b>　　短路熱效應</b></p><p>&

40、lt;b>　　沖擊電流為</b></p><p>　　由下表列出斷路器、隔離開關有關參數并與計算數據驚醒比較，由表可知，所選SN10-10III/2000斷路器、GN2-10/2000-85隔離開關合格。</p><p>　　斷路器、隔離開關選擇結果如下表：</p><p><b>　　（三）.母線的選擇</b></p&

41、gt;<p>　　選取10KV母線，母線上最大工作電</p><p>　?、侔撮L期發(fā)熱允許電流選擇截面，查附表一選取125mm×6.3mm矩形鋁導體，平放允許電流為1674A，Kf=1.05。當環(huán)境溫度為30℃，查附表三可得溫度修正系數</p><p><b>　　則</b></p><p>　?、诎唇洕娏髅芏冗x擇，由

42、最大負荷利用小時數為5500h</p><p>　　查圖6-17得導體經濟密度J= 0.73A/ mm² </p><p>　　比較二者，故選取最大截面，即：選取125mmx10mm矩形鋁導體，導線允許電流為2089A，Kf=1.12</p><p>　　則 Iab30o =0.94x2089=1963.7A>1515.6A</p>&

43、lt;p>　?、蹮岱€(wěn)定校驗 正常運行時導體溫度</p><p>　　θ=θ0+（θal-θ0)I2max /Ial2=53.8oc</p><p>　　查表6-2，c=99滿足短路時發(fā)熱的最小導體截面</p><p><b>　　Smin=/c=</b></p><p><b>　　滿足熱穩(wěn)定度要求<

44、;/b></p><p>　　導體自振頻率由以下求得</p><p>　　Pm=2700 m=h*b*Pm=0.125x0.01x2700=3.375(kg/m)</p><p>　　J=bh3./12=0.01x0.1253/12=1.63x10-6(m4)</p><p>　　導體固定方式為單跨兩端固定，多旁路簡支。Nf=

45、3.56</p><p>　　鋁導體三單性結果 E=7x1010pa L=1.5m</p><p><b>　　自振頻率f=</b></p><p>　　可見，對該母線可不計共振</p><p>　　取母線處短路時沖擊系數K=1.9 1.9=1.9*1.414*0.05=1.34KA</p><

46、;p>　　導體對垂直可作用力的方向軸的截面系數</p><p>　　W=bh2/6=0.1252x0.010=2.6x10-5m</p><p>　　單位長度導體上所受相同點動力，查表7-2，取a=0.2m</p><p>　　則fph=1.73x10-7x ish2/a=1.73x10-7x13402/0.2=1.55(N·M)</p>

47、<p>　　導體最大相見計算應力為</p><p>　　σph=fphL2/10w=1.55*1.5²/10*2.6*=0.13x105 pa <70x106 pa 即 σph≤σal 滿足要求。</p><p>　　（四）.電流、電壓互感器的選擇</p><p>　　4.4.1 電流互感器的選擇</p><p&

48、gt;　　選擇圖中變壓器高壓側的電流互感器</p><p>　　按=1.34KA Qk=0.05KA2.S Imax=1515.6A 電流互感器與測量儀表相距40m。</p><p>　　電流互感器負荷統計如下表:（V.A）</p><p>　　其最大負荷為1.45V.A</p><p>　?、?選擇電流互感器，根據電流互感器安裝外電

49、壓，最大工作電流和安裝地點的要求。查附表8電流互感器技術參數，選取室內型電流互感器，變比為2000/5 。 由于供給計費電能表用，故應選0.5級，其二次負荷額定阻抗為1.2Ω，熱穩(wěn)定系數Kt=75。</p><p>　　② 選擇互感器連接導線截面，已知0.5級準確級的允許最大負荷Z2N=1.2Ω，最大相負荷阻抗ra=Pmax/I22N=1.45/2.5=0.058Ω 計入接觸電阻0.1Ω，則連接導線電阻

50、不得超過1.2-（0.058+0.1）=1.042。</p><p>　　倘若機械強度要求的最小截面，初選標準截面為1.5mm2的銅線，其接線電阻為<1.042Ω</p><p><b>　　所以，滿足要求。</b></p><p>　?、?校驗互感器的熱穩(wěn)定（kt·I1N）2=(75X2)2=22500kA2·S

51、>0.05kA2·S</p><p><b>　　熱穩(wěn)定度符合要求。</b></p><p>　　4.4.2 電壓互感器的選擇</p><p>　　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荷分配如下圖：</p><p>　　電壓互感器各相負荷分配（不完全星形負荷部分）</p>

52、;<p>　　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準確級，額定容量為150V·A</p><p>　　根據上表算出不完全星形部分負荷為</p><p>　　Sab== Sbc==</p><p>　　COSφab=Pab/Sab=2.87/3.19=0.89 φab=27.1o</p

53、><p>　　COSφbc=Pbc/Sbc=1.97/2.41=0.82 φbc=34.9o</p><p>　　同理可求出B相負荷為 </p><p>　　顯而易見，A相負荷較大，故應按A相總負荷進行校驗</p><p>　　故所選JDJ-10型電壓互感器滿足要求。</p><p>　　五. 斷路器控制回路的設計

54、</p><p>　　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。電磁操作機構只能采用直流操作電源，彈簧操作機構和手動操作機構可交直流兩用，但一般采用交流操作電源。</p><p>　　信號回路是指示一次電路設備運行狀態(tài)的二次回路。主信號按用途分，有斷路器位置信號、事故信號和預告信號等。</p><p>　　斷路器位置信號用來顯示斷路器正常工作的位置

55、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。</p><p>　　采用電磁操作機構的斷路器控制和信號回路 </p><p>　　控制對象：操動機構中合閘線圈(YC)和跳閘線圈(YT)。</p><p>　　電磁操動機構中， 合閘線圈（YC）流過電流較大， 必須經過中間放大元件進行控制，即用SA控制合閘接觸器KM的線

56、圈，再由KM主觸頭控制電磁操動機構的YC。</p><p>　　跳閘后（TD） ：＋→FU1→SA11－10→HG→R1→QF①②→KM→FU2→－ </p><p><b>　　綠燈平光 </b></p><p>　　預備合閘(PC)：M100（+）→SA9－10→HG→R1→QF①②→KM→

57、FU2→－ </p><p><b>　　綠燈閃光 </b></p><p>　　合閘(C):＋→SA5－8→KCF③④→QF①②→KM→FU2→－。 </p><p>　　合閘后(CD):＋→FU1→SA16－13→ HR→R2→KCFI→QF③④→YT→FU2→－ 。

58、 </p><p><b>　　紅燈（HR）平光 </b></p><p>　　預備跳閘(PT)：M100（+）→SA14－13→HR→R2→KCFI→QF③④→YT→FU2→－ 。 </p><p><b>　　紅燈（HR）閃光 </b></p><p>　　跳

59、閘(T):＋→FU1→SA6－7→KCF③④→QF③④→YT→FU2→－ </p><p>　　防跳繼電器ＫＣＦ具有二個線圈：電流起動線圈與電壓保持線圈。 電流線圈串</p><p>　　聯在跳閘線圈回路中，電壓線圈與其電流線圈的常開觸點相串聯與 YC 相并聯，另一對動斷觸點與 YC 串聯起閉鎖作用。 </p><p>　　以上只是最簡單的斷路器控制回路示意圖，在生

60、產過程中，有時由于控制開關原因或自動裝置觸點原因，在斷路器合閘后，上述啟動回路觸點未斷開，合閘命令一直存在，此時，如果繼電保護動作，開關跳閘，但由于合閘脈沖一直存在，則會在開關跳閘后重新合閘，如果線路故障為永久性故障，保護將再次將開關跳開，持續(xù)存在的合閘脈沖將會使開關再次合閘，如此將會發(fā)生多次的“跳—合”現象，此種現象被稱為“跳躍” 。斷路器的多次跳躍，會使斷路器毀壞，造成事故擴大。因此，必須對操作回路進行改進，防止“跳躍”發(fā)生。防跳繼

61、電器就是專門用于防止斷路器跳躍的。 </p><p>　　在合閘過程中，如遇到永久性故障，因而保護出口繼電器觸點 KCO 閉合，斷路器跳閘，并啟動防跳繼電器的電流線圈 KCFI，使觸點 KCF1-2 閉合。若控制開關 SA手柄未復位或其觸點被卡住，以及自動投入裝置的觸點 K1 被卡住時，由于防跳繼電器的觸點 KCF1-2 已經閉合，致使防跳繼電器的電壓線圈 KCFV 帶電，從而觸點 KCF3-4 斷開，能避免合閘

62、接觸器 KM 再次被觸發(fā)，也防止了斷路器發(fā)生“跳躍” 。在上述合閘并遇到永久性故障過程中，因保護跳閘觸點 KCF1-2 閉合，只能控制開關手柄未復位（或其它合閘命令未解除） ，電壓線圈 KCFV 就一直帶電，這樣防跳繼電器就起到了自保持的作用，從而保證了 KM 不再被觸發(fā)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 熊信銀.《發(fā)電廠電

63、氣部分》(第四版).中國電力出版社</p><p>　　[2] 紀建偉.《電力系統分析》.中國電力出版社</p><p>　　[3] 羅先覺.《電路》(第五版).高等教育出版社</p><p>　　[4] 施圍.《高電壓工程基礎》.機械工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 戈東方.《電力工程電氣設備手冊》.電力工業(yè)部西北電力設計院&