课程设计-电力变压器台数和容量的最佳设计&方案(优秀)

编号：1151401127

课 程 设 计

（ 2011级本科）

题 目：电力变压器台数和容量的最佳方案设计 系（部）院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 谭 小 峰 指导教师： 刘永科 职称：副教授 完成日期： 2014 年 7 月 1 日

二○一四 年 七 月

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目 录

1 前言

1.1 设计任务书 .................................................. 1 1.2基础资料..................................................... 3 2 主接线方案的选择.................................................. 4 3变压器的选择 ...................................................... 5

3.1 变压器容量的选择 ............................................ 5 3.2 变压器台数的选择 ............................................ 5 4方案中变压器容量的经济比较 ........................................ 5

4.1 变压器经济比较 ............................................. 5 4.2 综合费用比较 ............................................... 7 4.3 动态比较 ................................................... 7 附电气主接线图 .................................................. 9 全文总结........................................................... 10

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前言

变电站内变压器容量和台数是影响电网结构、供电安全可靠性和经济性的重要因素，而容量大小和台数多少的选择往往取决于区域负荷的现状和增长速度，取决于一次性建设投资的大小，取决于周围上一级电网或电厂提供负载的能力，取决于与之相联结的配电装置技术和性能指标，取决于负荷本身的性质和对供电可靠性要求的高低，取决于变压器单位容量造价、系统短路容量和运输安装条件等等，近几年随着变压器制造技术的不断提高，变压器自身质量和安全运行水平大幅度提高;变压器空载损耗下降的幅度大，变压器经济运行的负载率得到不断降低;又国家节能减排政策，鼓励企业开展经济运行工作;建设、扩建和变压器增容的台数和容量的选择，国内尚无明确具体的规定，也是随技术水平提高不断完善的一个系统工程，一般根据常规经验和规划者的观点来进行;结合相关规程制度，作者认为一般都应考虑如下因素：

(1)变压器额定容量应能满足供电区域内用电负荷的需要，即满足全部用电设备总计算负荷的需要，避免变压器长期处于过负荷状态运行。新建变电站变压器容量应满足5-10年规划负荷的需要，防止不必要的扩建和增容，也减少因为扩建增容造成的大面积和长时间停电;对较高可靠性供电要求的变电站一次最好投入两台变压器，变压器正常的负载率不大于50%为最好。

(2)对于供电区域内有重要用户的变电站，应考虑一台变压器在故障或停电检修状态下，其它变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的一级和二级负荷，对一般负荷的变电站，任何一台变压器停运，应能保证全部负荷的70%-80%的电力供应不受影响，城区变电站变压器台数和容量应满足N-1的要求。

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河西学院本科生课程设计任务书

设 计 题 目 作 者 姓 名 谭小峰 电力变压器台数和容量的最佳方案设计 学院、专业、年级 物电学院电气工程及其自动化专业11级 刘永科 副教授 任务下达日期 2014年5月20日 指导教师姓名、职称 1.设计内容 1.1设计内容 一般变压器台数的选族原则是当工厂负载属于三级负载时，或只有极少量的一、二级负载，并且可以从就近的其他供电点获取6-10kv的独立备用电源时，可考虑装设一台主变压器。如工厂的一、二级负荷所占比重较大，这时必须要装设两台变压器，而且在设计主要接线时应考虑两台变压器之间可互为备用，且在容量选择时要考虑至少满足一台故障或检修时另一台能满足全部一、二级负荷的需要。其容量选择一般按变压器的额定容量SNSca变压器所带的总计算负荷考虑（或满足一、二级负荷的要求）。 1.2原始资料： （1）电力系统简图如图所示。两路电源进线、变压器选两台。 电力系统简图 （2）选总用电负载SL1SL2=6+j4MVA,则cos0.832。变压器一、二次侧电压为35kv、10.5kv。 （3）选用两种主接线及运行方式，两种不同型号的变压器进行经济及技术比较。 （4）年最大负载小时数为Tmax5500h，最大损耗所需利用小时=4150h。 （5）电价为1.0元/kwh （6）初选每台变压器容量按70%的总负载容量选择，即S70%5.05MVA.因为一、二级负载占总负载的70%。变压器允许过负载的倍数为1.10。 （7）开关设备按最大负载选择。10kv引出线的保护装置动作时间设1.5s。 （8）自然条件设计在地区为安徽省安庆市：海拔高度为40.9m，累计最热月平均温度为28.9℃，极端最高温度40.6℃，极端最低为-12.5℃，雷暴日数为44日/年 cheng

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2.设计的基本要求 2.1设计及计算说明书 （1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。 （2）计算书内容：为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算，如。 （3）计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。 2.2图纸 （1）绘制分析所需的必要图纸 （2）图纸要求：用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。 3.论文(设计)进度安排 阶段 1 2 3 4 5 论文（设计）各阶段名称 熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料 查阅有关资料 阅读设计要求必读的参考资料 书写设计说明书 上交设计成果 起止日期 5月31--6月4日 6月5--6月7日 6月8--6月10日 6月11日 6月19日 4.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定） [1]: 陈珩.电力系统稳态分析（第三版）[M]，北京，中国电力出版社，2007 [2]：何仰赞，温增银.《电力系统分析》第三版[M]，武汉,华中科技大学出版社，2002 [3]：陈悦.《电气工程毕业设计指南电力系统分册》[M]，北京，中国水利水电出版社，2008 [4]： 教 负责人签名： 研 学 负责人签名： 年 月 日 室 院 意 意 见 见 年 月 日 cheng

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电力变压器台数和容量的最佳方案设计

变压器是变电所、发电厂和输配电网络的主要电气设备，合理选择电气设备是保证电力系统运行可靠、安全的首要任务。以变压器这个电器元件为例满足其技术性要求的同时还应考虑综合经济性选择电器设备。为此，选择两种以上变压器容量进行综合经济比较确定其最佳方案。

一、基础资料

一般变压器台数的选族原则是当工厂负载属于三级负载时，或只有极少量的一、二级负载，并且可以从就近的其他供电点获取6-10kv的独立备用电源时，可考虑装设一台主变压器。如工厂的一、二级负荷所占比重较大，这时必须要装设两台变压器，而且在设计主要接线时应考虑两台变压器之间可互为备用，且在容量选择时要考虑至少满足一台故障或检修时另一台能满足全部一、二级负荷的需求。其容量选择一般按变压器的额定容量SNSca变压器所带的总计算负荷考虑（或满

足一、二级负荷的要求）。

（1）电力系统简图如图所示。两路电源进线、变压器选两台。

电力系统简图

（2）选总用电负载SL1SL2=6+j4MVA,则cos0.832。变压器一、二次侧电压为35kv、10.5kv。 （3）选用两种主接线及运行方式，两种不同型号的变压器进行经济及技术比较。 （4）年最大负载小时数为Tmax5500h，最大损耗所需利用小时=4150h。 （5）电价为1.0元/kwh

（6）初选每台变压器容量按70%的总负载容量选择，即S70%5.05MVA.因为一、二级负载占总负载的70%。变压器允许过负载的倍数为1.10。

（7）开关设备按最大负载选择。10kv引出线的保护装置动作时间设1.5s。 （8）自然条件设计在地区为安徽省安庆市：海拔高度为40.9m，累计最热月平均温度为28.9℃，极端最高温度40.6℃，极端最低为-12.5℃，雷暴日数为44日/年

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二、主接线方案的选择 （1）电气主接线必须满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 （2）采用双母线接线停电的机会减少了，必须的停电时间缩短了，运行的可靠性和灵活性有了显著的提高。另外，在扩建时也可比较方便，施工时可以不必停电。 采用外桥接线的优点是高压电气设备少、布置简单、造价低，但其可靠性不是太高，切换操作比较麻烦，又因为系统的一、二类负载占总负载的70%，故采用全桥式接线可满足一、二类负载的要求。 （3）采用全桥式双母线（图2-1）与采用外桥式双母线（图2-2）相比，第一种方案明显比第二种方案运行更可靠，切换操作更灵活，但相对投资多一些，故采用第一种方案。 2-1 全桥双母线接 2-2 外桥双母线接

三、变压器的选择 （4）主接线的投资全桥式双母线（图2-1）与采用外桥式双母线（图 （4）2-2）相比 多两组高压断路器，故主接线的经济性比较差。但设备选择原三、变压器的选择 则，是正常运行的条件下选择，短路情况下校验。下面主要分析变压器台数 和容量的选择方法。 cheng

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三、变压器的选择

1、变压器容量的选择

变压器容量的选择方案很多。例如，同容量不同型号；同型号不同容量；同型号同容量生产厂家不同；产地不同等。这里选择同容量不同型号进行分析比较。

初选方案一：选用SL7-5000/35(三相自冷式铝线电力变压器)，额定容量为5000KVA，35/10.5，阻抗电压百分数为7%，YNd11接线，空载损耗6.750kW，短路损耗为36.7kW，空载电流百分数为2%，参考价格为59.4万元（每台参考价）。以上数据由表查得。

初选方案二：选用SLZ-5000/35（油浸自冷式或风冷式的三相有载调压变压器），额定容量为5000kVA，YNd11接线，阻抗电压为7%，空载损耗为13.5kW，短路损耗为47.5kW，空载电流百分数为1.5%，参考价格为58万元（每台参考价）。以上数据由参考文献查得。

2、电力变压器台数的选择 用电负载为SL1SL26j4MVA时，每种方案均选择两台变压器，每台变压器正常运行时的负载容量为3.61MVA，正常变压器负载率为

SL1/SNT3.61/50.722。一台变压器停电或故障时，另一台必须承担一、二级负载。不正常运行状态下变压器负载率为Smax5.051.01，小于允许SNT5过载倍数1.1。因此，每台变压器承担的最大负载为5.05MVA。

四、方案中变压器容量的经济比较

经济比较包括计算综合投资、计算年运行费用和所选方案综合比较的内容。计算分析时，只考虑各个方案中不同的部分。

1、变压器的经济比较

（1）计算综合投资Z。综合投资包括变压器综合投资、配电装置综合投资、输电线路综合投资等。配电装置综合投资有断路器、隔离开关、互感器等设备的投资。两种方案的配电装置综合投资、输电线路综合投资相差很小，故只考虑变压器的综合投资。

变压器的综合投资不仅包括变压器本身价格，还包括运输、现场安装、架构、

aZ0计算，Z0是变压器本身价格，35kV网基础、铁轨、电缆等附加费用可用100络取a50~100。变压器综合投资为ZT。

选择SL7-5000/35的变压器方案一的综合投资

a ZT11Z0159.4150/10089.1（万元）

100式中 Z01------方案一中变压器本身的价格。

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选择SLZ-5000/35的变压器方案二的综合投资

a ZT11Z0258150/10087（万元）

100式中 Z02-----方案二中变压器本身价格。

（2）计算年运行费用U。年运行费用包括设备折旧费、设置维修费和电能损耗费三项费用。两种方案的配电装置、输电线路的年运行费用相差很小，故只考虑变压器年运行费用。 1）变压器的折旧费。

方案一变压器SL7-5000/35的折旧费按综合投资的5.8%计算 UT15.8%ZT10.0589.15.1678（万元）

方案二变压器SLZ-5000/35的折旧费按综合投资的5.8%计算 UT25.8%ZT20.058875.046（万元） 2）变压器的维护费用

方案一变压器SL7-5000/35的维护费按综合投资的3%计算 U12.2%~4.2%ZT13%89.12.673（万元） 方案二变压器SLZ 5000/35 的维护费按综合投资的3%计算 U22.2%~4.2%ZT23%872.61（万元） 3）电能损耗费

SL AP0KrQ0TPKKrQKSN式中 Kr------无功当量，取0.1kWh/kvar； T------年运行小时数8760h；

2 (kWh) （4-7）

------变压器的最大负载损耗小时4000~5000h,取4150h。

2

方案一中变压器SL7-5000/35的电能损耗A1由式（4-7）得

SL A1P0KrQ0TPKKrQKSN

22736.16.750.15000876036.70.150004150100100514730155110.66301840.66（kWh）

由式 （4-7）中知

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PTP02PK QTQ02QK

SI% QT0SNTS100NTUK%100SNT 2 方案一变压器SL7-5000/35的电能损耗费

UT11台数×损耗×电价=1A1电价30.1841.0=30.184（万元） 方案二变压器SLZ-5000/35 的电能损耗费A2为

SL A2P0KrQ0TPKKrQKSN

2

21.5736.113.50.15000876047.50.150004150

1001005 183960178474.61362434.61（kWh） 方案二变压器SLZ-5000/35的电能损耗费

UT22台数×损耗×电价=1A2电价36.2441.036.244（万元）

2. 综合费用（总费用）比较

方案一总费用S1=计算综合投资Z+计算年运行费用U，有 S1ZT1U1UT1UT11 =89.1+2.673+5.1678+30.184

=127.125（万元）

方案一总费用S2=计算综合投资Z+计算年运行费用U，有 S2ZT2U2UT2UT22

=87+5.046+2.61+36.244 =130.9（万元）

3.动态分析比较

第一次投入运行的投资费用，方案一SL7-5000/35比方案二SLZ-5000/35多投入4.5696万元[(96.9408－94.656)×2]。年折旧维护费用方案一SL7-5000/3比方案二SLZ-5000/35多投入0.3696万元[(7.8404－7.656)×2]。选用SL7-5000/35的年电能损耗费用比SLZ-5000/35的年电能损耗费用每年少12.12万元[(30.184－36.244)×2]。由此看来，年电能损耗所需费用很大，则降低网络的意义非常大，

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其措施要合理。当然，上述变压器选择不仅是投资和费用，还有供电贴费、容量和占地费的项目，这里均没有考虑。

由上面的分析计算可知，选用SL7-5000/35的综合投资费用是96.9408万元，而选用SLZ-5000/35的综合投资费用是94.656万元；选用SL7-5000/35的年电能损耗费用比SLZ-5000/35的损耗电费用每年少12.12万元。故多投资的的综合费用可以从降低电能损耗加以补偿，经几年偿还初投资所需费用。为此SL7-5000/35系列的变压器更具有经济性。综上所述，无论从技术要求或经济费用比较，选用SL7-5000/35系列无载调压、片内散热的低损耗节能变压器为最佳方案。变压器选择的经济结果见表4-6。

表4-6 变压器选择的经济比较 （单位：万元/台） 变压器型号 SL7-5000/35 SLZ-5000/35 变压器的初投资 59.4 58 变压器的综合投资 89.1 87 变压器的折旧维护费 7.8408 7.656 变压器电能损耗费 30.184 36.244 综合费用 127.125 130.9 本例以原始数据分析，原始条件不同则选择的一次方案不同。经过技术比较和经济比较最后选择全桥双母线、SL7型变压器的方案。电气主接线图如图4-1所示。

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cheng 35kV电气主接线图 图4—1 cheng

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五、结论

通过电力系统稳态运行分析和设计，知道了合理选择变压器的容量、台数，不但关系到电力系统运行安全、可靠、经济的重要条件及重要内容，而且不同的选择方案会使变压器的综合经济费用不同。为了选择最佳运行方案，满足技术和经济的要求，必须合理选择变压器。变压器的选择是电力设备管理、系统调度运行的重要参考依据。

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电力系统稳态分析课程设计成绩评定表

姓 名 专业班级 谭 小 峰 学 号 1151401127 电气工程及其自动化111班 课程设计题目： 电力变压器台数和容量的最佳方案设计 课程设计答辩或质疑记录： 成绩评定依据： 评 定 项 目 1.设计方案可行性及其选优（20分） 2.设计过程及结果（40分） 3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分） 4.设计报告的规范性、参考文献（不少于5篇）（10分） 5.答辩（20分） 总 分 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

评 分 成 绩 指导教师签字：

年 月 日

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