110KV降压变电站一次部分设计设计说明书.docx
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110KV降压变电站一次部分设计设计说明书
第一部分110KV降压变电站一次部分设计说明书
一、原始资料
（一）建站规模
某城市拟建一座110kV变电站，向该地区的35kV和10kV两个电压等级供电。
本变电站由两个输入回路S1、S2供电（详见图1、表1）。
35kV出线8回，2回备用。
10kV出线9回，1回备用。
对35kV侧来讲，本站供电对象是乡镇变电站1、A区、B区、乡镇变电站2，10kV侧供电对象是汽车厂1、医院、汽车厂2、煤场、自来水厂（具体数据见表2）。
图1供电入线图示
表1供电系统S1、S2资料表
系统1
系统2
线路参数
（MVA）
（MVA）
（kM）
（kM）
600
25
800
25
30
30
表2供电系统S1、S2资料表
电压
负荷
名称
每回最大负荷（KW）
功率因数
回路数
供电方式
线路长度（km）
35KV
乡镇变1
6400
0.9
2
架空
15
A区
2300
0.85
1
架空
7
B区
2900
0.85
1
架空
11
镇变2
6800
0.9
2
架空
10
备用
2
10KV
汽车厂1
800
0.88
1
电缆
5
医院
900
0.88
2
电缆
3
汽车厂2
780
0.85
1
电缆
7
煤场
980
0.9
2
架空
5
自来水厂
800
0.85
2
电缆
10
备用
1
（二）环境条件
变电所位于某城市，地势平坦，交通便利，空气较清洁，区平均海拔800米，最高气温38℃，最低气温-2℃（变压器油牌#10即可），年平均雷电日30日/年（非多雷区），土壤电阻率高达1000
.M
（三）短路阻抗
系统作无穷大电源考虑
无穷大功率电源的特点是：
1、电源功率为无穷大；2、系统频率恒定；3、电源的内阻抗为零；4、电源的端电压恒定。
（题目没有提出站用电，由于站用电本身对次变电系统影响不大，本次设计对其经行忽略。
）
2、由于没有已知站用负荷，所以根据相关计算经验，取总负荷的0.5%计算。
二、电气主接线设计
（一）电气主接线设计的原则
1）根据发电厂和变电所在系统中的地位和作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性要求。
2）主接线的设计除考虑电网安全稳定运行的要求外，还应满足电网出现故障时应急处理的要求
3）各种配电装置接线的选择，要考虑配电装置所在发电厂和变电所的性质、电压等级、进出口出线回路数、采用的设备情况、供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素
4）近期接线和远期接线相结合，方便接线的过渡
5）进行必要的技术经济比较。
根据原始资料，此变电站有三个电压等级：
110/35/10KV，故可初选三相三绕组变压器，根据变电站和系统连接的系统图知，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。
（二）220kV电气主接线方案确定
电压等级为35kV—60kV，出线为4—8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。
为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。
但由于设置旁路母线的条件所限（35kV—60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为2—3天）所以，35kV—60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关（杨以涵，等，2007）。
根据以上分析，筛选保留下面两种可能接线方案，如图3及图4所示。
图3单母线分段带旁母接线
图4双母线接线
对比图3及图4两种接线方案，综合比较结果见表6。
表335kV主接线方案比较表
项目\方案
方案Ⅰ单
方案Ⅱ双
技
术
1简单清晰、操作方便、易于发展
2可靠性、灵活性差
3旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电
1供电可靠
2调度灵活
3扩建方便
4便于试验
5易误操作
经
济
1设备少、投资小
2用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资
1设备多、配电装置复杂
2投资和占地面大
经比较两种方案都具有易扩建这一特性。
虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但已满足地方用户的要求，且其具有良好的经济性，同时，鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。
（三）35kV电气主接线方案确定
电压等级为35kV—60kV，出线为4—8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。
为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。
但由于设置旁路母线的条件所限（35kV—60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为2—3天）所以，35kV—60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关（杨以涵，等，2007）。
根据以上分析，筛选保留下面两种可能接线方案，如图3及图4所示。
图1单母线分段带旁母接线
图2双母线接线
对比图3及图4两种接线方案，综合比较结果见表4。
表435kV主接线方案比较表
项目\方案
方案Ⅰ单
方案Ⅱ双
技
术
4简单清晰、操作方便、易于发展
5可靠性、灵活性差
6旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电
6供电可靠
7调度灵活
8扩建方便
9便于试验
10易误操作
经
济
3设备少、投资小
4用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资
3设备多、配电装置复杂
4投资和占地面大
经比较两种方案都具有易扩建这一特性。
虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但已满足地方用户的要求，且其具有良好的经济性，同时，鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。
（四）10kV电气主接线方案确定
6kV—10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。
而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。
上述两种方案如图5及图6所示。
图3单母线分段接线
图4双母线接线
对比图5及图6两种接线方案，综合比较结果见表5。
表510kV主接线方案比较表
项目\方案
方案Ⅰ单分
方案Ⅱ双
技
术
1不会造成全所停电
2调度灵活
3保证对重要用户的供电
4任一断路器检修，该回路必须停止工作
1供电可靠
2调度灵活
3扩建方便
4便于试验
5易误操作
经
济
1占地少
2设备少
1设备多、配电装置复杂
2投资和占地面积大
经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度灵活，也可保证供电的可靠性。
所以选用方案Ⅰ。
三、主变的选择
（一）主变容量SN和台数的选择
1.变电站主变压器台数的分析确定
为保证供电的可靠性，变电所一般装设2台主变压器；枢纽变电所装设2~4台；地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可装设3台。
考虑到该变电站为一重要中间变电站，和系统联系紧密，且在进线端有两条回路。
故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。
2.变电站主变压器容量的分析确定
变电所主变压器的容量SN一般按变电所建成5~10年的规划负荷选择。
对重要变电所，应考虑一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足I、II类负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应满足全部负荷的70%~80%（或60%以上）。
所以，当S总=25.850MW时，两台主变压器受上述条件限制，应过各自承担18.1MW，故选择20MW就可以满足负荷要求。
（二）主变压器型式和结构的选择
相数：
容量为300MW单元连接的主变压器一般都采用三相变压器。
绕组数和结构：
具有三种电压等级的变电站中，高压端电压为110V，若通过主变压器各绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三绕组。
绕组接线组别：
我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。
35kV以下电压变压器绕组都采用三角型连接
调压方式：
有载调压较容易稳定电压，减少电压波动，同时负载中有医院和自来水厂等重要负荷，应该防止断电事故的发生，所以选择有载调压方式
冷却方式：
油浸风冷（ONAF）,满足50000kVA及以下、110kV产品，最为经济合理。
按装上述原则，选择接近国家标准容量系列的变压器型号SFSZ7-31500/110型其参数如表6所示：
（表）。
表6
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
空载电流（%）
空载损耗（KW）
负载损耗（KW）
阻抗电压（%）
连接组
高压
中压
低压
高
低
高
低
中低
高
中
高
低
中低
SFSZ7-31500/110
31500
110±8*1.25%
38.5±2*2.5%
11
1.09
50.3
175
10.5
17.5
6.5
YN,yn0,d11
其容量比为：
15000/15000/15000。
四、站（所）用电设计
（一）站用变压器的选择的基本原则
变压器原、副边额定电压分别和引接点和站用电系统的额定电压相适应；
阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内，站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的
；
变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。
站用变压器选S6-160/10型，其参数如表7所示：
表7
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
连接组
损耗（W）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
高压
低压
空载
短路
S6-160/10
160
11、10.5、10、6.3、6
0.4
Y,yn0
430
2100
4
2.0/3.5
五、高压电气设备选择
（一）高压断路器
1.断路器种类和型式的选择
考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化目标，且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。
故在110kV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。
真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。
因而被大量使用于35kV及以下的电压等级中（毛力夫，1998）。
所以，35kV和10kV侧采用真空断路器，又根据最大持续工作电流及短路电流，最终确定采用下面的高压断路器。
断路器选择的具体技术条件如下：
电压：
电流：
开断电流：
式中：
——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；
——断路器的额定开断电流。
动稳定：
式中：
——断路器极限通过电流峰值；
——三相短路电流冲击值。
热稳定：
式中：
——稳态三相短路电流；
其中：
，由
和短路电流计算时间。
综上所述，应选择断路器（详见附录）
110KV母线侧和进线侧断路器选SW6-110/1250-15.8型，参数如下表8所示：
表8
型号
电压（KV）
额定电流（A）
额定断开
电流（KA）
极限通过电流（KA）
4S热稳定电流（KA）
合闸时间（s）
固有分闸时间（s）
重合性能
额定
最大
最大
有效
电流休止时间（s）
重合时间（s）
SW6-110
110
126
1250
15.8、21、31.5、（16）、（21）
41、53、80
41、53、80
15.8、21、31.5、（16）、（21）
0.2
（0.2）
0.04
（0.045）
0.1
0.4
35KV母线侧和出线侧选出断路器型号为SW2－35/1000-24.8型，其参数如下表所示：
表9
型号
电压（KV）
额定电流（A）
额定断开
电流（KA）
极限通过电流（KA）
4s热稳定电流（KA）
合闸时间（s）
固有分闸时间（s）
额定
最大
最大
有效
SW2-35
35
40.5
1000
24.8
63.4
39.2
24.8
0.4
0.06
10KV母线侧选出断路器型号为SN10-10型，其参数如下表所示：
表10
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
额定断开
电流（KA）
极限通过电流（KA）
4s热稳定电流（KA）
合闸时间（s）
固有分闸时间（s）
最大
有效
SN10-10
10
2000
43.3
130
43.3
43.3
>0.2
>0.06
10KV出线侧选出断路器型号为SN10-10/630-16型,其参数如下表所示：
表11
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
额定断开
电流（KA）
极限通过电流（KA）
热稳定电流（KA）
合闸时间（s）
固有分闸时间（s）
最大
有效
SN10-10
10
630
16
40
16
16（2S）
>0.2
>0.06
（二）隔离开关
隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。
选择隔离开关时应满足以下基本要求：
1）隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否和电网隔开。
2）隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。
3）隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。
4）隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。
5）隔离开关的结构简单，动作要可靠。
6）带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。
断路器选择的具体技术条件如下：
电压：
电流：
动稳定：
热稳定：
综上所述，应选择隔离开关（详见附录）
表12各电压等级隔离开关选择
电压等级
型号
额定电压
额定电流
动稳定电流
110kV
GW4-110G
110kV
1000A
80
35KV母线侧
GW2-35
35kV
1000A
50
35KV出线侧
GW4－35
35kV
600A
50
10KV母线侧
GW2-10
10kV
2000A
85
10KV出线侧
GNI-10
10kV
400A
50
（三）电流互感器的选择及校验
根据《发电厂电气部分》，35kV以下的屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。
35kV以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，如回路中有变压器套管，穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资，减少占地。
根据《电力工程电气设备手册》，35kV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用L（C）系列。
出线侧电流互感器采用户外式，用于表计测量保护装置需要的准确度。
一次额定电流的选择：
当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表有最佳工作，并在过负荷时，使仪表有适当的指示。
电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择。
电缆式零序电流互感器窗中应能通过一次回路的所有电缆。
当保护和测量仪表共用一组电流互感器时，只能选用相同的一次电流。
准确级的选择：
和仪表连接接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于以下要求：
用于电能测量的互感器准确级：
0.5功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级；2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器；一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。
一次侧额定电压：
Un≥Ug
Ug为电流互感器安装处一次回路的工作电压，Un为电流互感器额定电压。
热稳定校验:
电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流I1n来校验 ：
（I1n×Kt）²≥I∞²tdz，
Kt为CT的1s热稳定倍数；
动稳定校验：
内部动稳定可用下式校验：
I1nKdw≥ich
I1n---电流互感器的一次绕组额定电流（A）
ich---短路冲击电流的瞬时值（KA）
Kdw---CT的1s动稳定倍数
根据条件，各电压等级电流互感器的选择如下：
安装
位置
型号
额定电
流比（A）
级次
组合
准确
级次
二次负荷（Ω）
0.5级
10%倍数
1S热稳定倍数
动稳定倍数
110KV
LB-110
2
600/5
0.5B
2.0
2.0
15
30
35KV
LCWD1-3
800/5
0.5/B
2
2
15
56
10KV母线侧
LAJ-10
2000～6000/5
0.5/D
0.5
2.4
10
50
10KV出线侧
LA-10
400/5
0.5/0.5
0.5
0.4
60
（四）电压互感器的选择及校验
根据《发电厂电气部分》，6kV—35kV配电装置一般采用油浸绝缘结构，在高压开关柜中或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构，当需要零序电压时，一般采用三相五柱式电压互感器。
35kV—110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。
110kV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯，应尽量和耦合电容器结合。
因而统一选用电容式电压互感器。
35kV及以上的户外装置，电压互感器都是在单相的出线侧时，若首端有电源，为监视线路有无电压进行同期和设置重合闸。
关于准确度，电压互感器按一次回路电压、二次电压、安装地点二次负荷及准确等级要求进行选择。
综合各个因素，110kV线路最终确定选用YDR-110型电容式电压互感器。
35kV—110kV配电装置应安装单相电压互感器用于测量和保护装置。
关于准确度，计算和保护用的电压互感器，二次侧负荷较小，一般满足准确度要求，只有二次侧用作控制电源时才校验准确度，此处因有电度表故选编0.5级。
综合各个因素，35kV线路最终确定选用四台单相带接地保护油浸式TDJJ—35型电压互感器，选用户内式。
3kV—20kV配电装置，宜采用油绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器，综合各个因素，10kV线路最终确定采用TSJW—10型电压互感器。
由于电压互感器和电网并联，当系统发生短路时，电压互感器本身不遭受短路电流作用，因此不校验热稳定和动稳定。
安装位置
型式
额定变比
在下列准确等级
下额定容量（VA）
最大容量（VA）
0.5级
1级
3级
110KV
单相
（屋外式）
JCC-110
500
1000
2000
1/1/1-12-12
35KV
单相
（屋外式）
JDJJ-35
150
250
600
1200
10KV
单相
（屋外式）
JDZ-10
10000/100
80
150
300
500
（五）高压熔断器的选择及校验
高压熔断器应按所列技术条件选择，并按使用环境条件校验。
熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害。
此变电站所用的熔断器应该是屋内型高压熔断器，此熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器。
1.
额定电压选择
对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于、等于电网的额定电压。
2.熔管额定电流的选择
为保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流应大于、等于熔体的额定电流：
为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35KV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流按下式选择
K为可靠系数（不计电动机自启动时K＝1.1~1.1，考虑电动机自启动时K＝1.5~2.0）
35KV选择熔断器RW9-35型，其参数如下表所示：
表19
系列型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
断流容量（MVA）
备注
RW9-35
35
0.5
2000
保护户外电压互感器
10KV选择熔断器RN2-10型，其参数如下表所示：
表20
系列型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
断流容量（MVA）
备注
RN2
10
0.5
1000
保护户内电压互感器
（六）母线选择及校验
110kV母线一般采用软导体型式。
指导书中已将导线形式告诉为LGJQ-150的加强型钢芯铝绞线。
根据设计要求，35kV母线应选硬导体为宜。
LGJ—185型钢芯铝绞线即满足热稳定要求，同时也大于可不校验电晕的最小导体LGJ—70，故不进行电晕校验。
本变电所10kV的最终回路较多，因此10kV母线应选硬导体为宜。
故所选LGJ—150型钢芯铝绞线满足热稳定要求，则同时也大于可不校验电晕的最小导体LGJ—70，故不进行电晕校验。
（七）各主要电气设备选择结果一览表见附录2。
六、防雷及过电压保护装置设计
（一）变电站（所）直击雷防护
装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过10欧，为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针和配电装置架构之间的空气中的距离Sk不宜小于5m，独立避雷针的接地装置和接地网之间的地中距离Sd应大于3m。
具体步骤如下：
1）35kV、110kV配电装置：
在架构上装设独立避雷针，将架构支柱主钢筋作引下线接地。
2）主变压器：
装设独立避雷针。
3）各电压等级母线桥：
装设独立避雷针。
4）主控制楼：
屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。
（二）侵入波过电压防护
变电站内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，在110kV、35kV靠近变电站lkm—2km的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于3
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