电气工程及其自动化变电站设计开题报告

华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告

2010年 3月 22日

学生姓名 题目名称 课题来源 曹安明 学号 专业 电气工程及其自动化 CAM变电站初步设计 模拟 一，设计的原始资料： 1，设计变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷。 2，确定本变电所的电压等级为220/110/10KV,220KV是本变电所的电源电压，110KV和10KV是二次电压。 3，待建变电所的主接线中，中压侧110KV母线，送出2回线路；在低压侧10KV母线，送出10回线路；在本所220KV母线有三回输出线路送向负荷。该所建在地势平坦，交通方便之地。 4，变压器采用两台型号完全相同的变压器，其容量为240MVA。 二，电气主接线设计 1、主变压器配置方案的确定 主 要 内 容 根据本电站对负荷的供电情况及与电力系统交换功率的情况，选定主变压器的台数、容量以及型号。主变压器选择应根据我国现行《电气设计手册》的有关规定进行。具体如下： ⑴ 容量的确定：240MVA ⑵ 台数确定：两台 ⑶ 型号选择：SFPS-7型220KV级三相三圈无载调压变压器。 2、各电压等级接线方式的确定。 方案一：220kV电压等级接线方式选为双母线分段接线，110kV电压等级接线方式选为单母线接线，10kV电压等级接线方式选为单母线分段接线。 方案二：220KV电压等级接线方式选为双母线接线，110kV电压等级接线方式选为内桥接线，10kV电压等级接线方式选为单母线分段接线。 方案三：220KV电压等级接线方式选为双母线接线，110kV电压等级接线方式选为外桥接线，10kV电压等级接线方式选为双母线接线。 三，短路电流计算 在有限容量系统计算中，短路电流的计算采用运算曲线法。其计算步骤如

下： (1)、画出以标幺值电抗表示的等值电路图（取SN=100MVA，UN=Uav），原始网络中所有的负荷均认为是断开的。 (2)、进行等值电路的网络化简，最终简化成各个电源点与短路点之间都是只经过一个电抗直接相连。这个直接电抗就称为该电源对短路点的“转移电抗”。 (3) 、将各“转移电抗”分别换算成以各自的电源总容量为基准容量的新标幺值，即为各电源到短路点的“计算电抗”Xjs。 (4) 、用“计算电抗”Xjs在“运算曲线”上查短路电流周期分量任意时刻的标幺值。如计算电抗标幺值Xjs＞3，则电源可看成无限大电源。 (5) 、最后求出各电源供出的短路电流有名值，进行相加，就得到了短路点总的三相短路电流有名值。 四，电气设备选择 （一）电气设备选择的一般原则和基本要求 1、基本要求 设备选择包括选型和确定技术参数。设备的选型和技术参数应能保证电站的安全运行和供电的可靠性，并留有适当的发展裕度，应尽量选用轻型设备和常用产品。在同一电站中，应尽量减少设备和材料的种类。 电气设备要能可靠工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其短路的热稳定和动稳定。 2、 最大长期工作电流的确定 变压器：Igmax?1.05Se3Ue 主母线及母联回路：取母线上最大一台发电机或变压器的Igmax； 母线分段回路：Igmax=（0.5～0.8）Iemax（母线上最大一台发电机或变压器的Ie） 用户线：单回 Igmax?P3Uecos?0.8P?3Uecos?(1?5%) 双回线 Igmax?3、 周围空气温度的确定 (1?5%)

室外部分取当地月平均最高温度：室内配电装置（10KV）取通风设计时采用的最高室温，若缺少设计数据时，按当地月平均最高温度+5℃考虑。 4、计算时间的确定 （1）开断计算时间tk为主保护动作时间tb1和断路器固有分闸时间tgf之和，即tk=tb1+tgf。 （2）热稳定校验时间tr为保护时间tb和断路器的开断时间tkd之和，即tr= tb+tkd。 无时限的主保护时间tb1取0.05s。热稳定校验时，对于裸导体取tb为主保护时间tb1，对于电器取tb为后备保护时间tb2。tkd =tgf+th，tgf查有关手册求取，一般取0.06s；th为燃弧时间，一般取0.02～0.04s。 （二）硬母线及软导体的选择 硬导体包括矩形、槽形和管形等，软导体指钢芯铝绞线。硬母线和软导线应按长期发热允许电流选择截面和按经济电流密度选择截面。对于年最大负荷利用小时数较大，距离较长、传输容量也较大的回路（如发电机引出线回路和变压器引出线回路），一般按经济电流密度选择截面，其它较短导体（如汇流母线）一般按长期发热允许电流选择截面。 除按上述原则选择载流导体截面外，尚应进行热稳定、动稳定及电晕电压校验等。 1、按长期发热允许电流选择截面 （1）首先需求出最大长期工作电流Igmax； （2）温度修正系数 K??（3）Iv?0?K?Iv?0?Igmax?y??070??0 ??v??070?25则满足长期发热要求。这里，?0和?0分别为额定00环境温度和实际环境温度；Iv?和Iv?分别为导体额定环境温度和实际环境温度下的允许电流。 2、按经济电流密度选择截面 SJ=Igmax/J （2-15） 式中：SJ——经济截面（mm2）；J——经济电流密度（A/mm2），查有关手册。 按经济电流密度选择截面还必须按长期发热进行校验。 3、按电晕电压校验 对110KV及以上电压的母线应校验母线电晕电压。使导线安装处的最高工作电压Ugmax小于临界电晕电压Ulj。即 Ugmax≤ULJ 4、热稳定校验

利用最小截面法校验。满足热稳定要求的最小截面。 只要实际截面S≥Smin，则热稳定满足。 上式中，Kt为集肤系数，对于钢芯铝绞线Kt=1，矩形截面导体的Kf可查表，C为热稳定系数，其值为C?Kln??t2?10?4，对于铝，常数K=222×??t2106[W·S/（Ω·cm4）]，常数τ为245℃，t1为导体短路前的工作温度， 22t1??0?(?y??0)Igmax/Iy?0（℃）；t2为导体的短时最高允许温度，铝导体t2=200℃，计算中，C可近似取值为90；tdz为等值时间，tdz=tz+tfz，tz=f(tr, β)，tr=tb+tkb，β=I/I∞，查有关曲线求得tz，tfz=0.05β2。 5、按三相短路进行动稳定校验（对于硬母线） 一般情况下三相短路时导体产生的机械应力最大，故按三相短路电流来校验硬导体的动稳定。 这里只介绍每相单条矩形母线情况。采用三相母线垂直布置，母线竖放，绝缘子跨距L=1.2m，相间距离a=0.5m，这里暂不计共振影响，即β=1。 冲击电流 icj=2.55I(A) 单位长度上的相间电动力fx?173?10?712icj?(N) afxL2最大弯矩 M?(N?m) 10bh2按弯矩W?(m3) （三相母线垂直布置，母线竖放） 6相间应力?xj?M/W (Pa) 动稳定校验条件 ?xj??y?69?106(Pa) 简化计算：满足动稳定要求的绝缘子最大允许跨矩 Lmax?10W?yfx （m） 若实际绝缘子跨距L≤Lmax，则动稳定满足。 （四）断路器和隔离开关的选择 断路器的型式选择要根据电压等级，安装地点，该断路器对系统稳定运行的影响等因素决定。断路器和隔离开关的选择校验项目如表1所示。 表1 断路器、隔离开关选择校验项目 设备 断路器 项目 按工作电压选择 Ue≥Uew Ue≥Uew 隔离开关

按工作电流选择 开断能力校验 关合能力校验 热稳定校验 动稳定校验 Idw≥icj Ie≥Igmax Iekd≥I ieg≥icj 1dw≥1cj Ie≥Igmax - - 表中：Ue、Ie——设备的额定电压（KV）和额定电流（A）； Uew——电网的额定电压（KV）； Igmax——额定开断电流（KA）； I、I∞——三相短路次暂态电流（KA）和稳态电流值（KA）； 1eq——额定关合电流（KA）； 1cj——三相短路的冲击电流（KA）； Ir、idw——热稳定电流有效值（KA）和动稳定电流峰值（KA）； t——热稳定电流Ir允许的作用时间（s）； tdz——短路电流热效应等值时间（s）。 五，防雷保护设计规划 避雷器的配置： ⑴配电装置的每组母线上均装避雷器。 ⑵三绕组变压器的低压侧一相上设置一组避雷器。 ⑶变压器高低压侧中性点均装设雷器。 六，配电装置设计 变电所的配电装置型式选择一般考虑所在地区的地理情况及环境条件，本着节约用地，因地制宜并结合运行检修和安装要求通过技术经济比较予以确定，在确定配电装置型式时必须满足节约用地、运行安全和操作巡视方便、便于检修和安装、节约材料、降低造价的要求。在设计方面要满足安全净距要求，施工、运行和检修要求，躁声的允许标准及限制措施要求，电晕条件无线电干扰的特性和控制要求。根据电站条件及各型配电装置的特点，选定要求电压等级的配电装置的结构形式（如屋内或屋外式，屋内式采用单、二、三层，屋外式采用中型、半高型、高型等）。