110kv变电站.docx

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110kv变电站

引言

电力行业是国民经济进展的基础和关键，电力系统的进展要与时俱进。

随着我国经济社会的进一步进展，城市化进程进一步扩大，土地征用难度愈来愈大，变电所小型化进展必然趋势。

本设计是针对地域变电站小型化要求来进行配置的。

该变电所设计要紧对本地域用户供电，同时和其他地域变电所组成环网，提高本地供电质量和靠得住性。

它要紧承担110KV和10KV两个电压品级的互换。

110KV侧为主功率同意，10KV以输出功率为主。

本次所设计的是小型化变电站，以简化线路和设备的原那么，尽可能少占空间。

它要紧包括了四大部份，别离为电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择、配电爱惜装置。

其中重点介绍了短路电流的计算，从不同的短路情形进行分析和计算，对不同的短路参数来进行不同种类设备的选择，并编写了相应的程序，设计了一个计算软件。

内容全面简要，结构层次清楚，易于成立现代110KV小型化变电站大量电气设备的各个环节的局部概念及其彼此联系的整体概念，并对该设计进行了理论分析，在理论上证明了变电站实际可行性，其成效达到了设计所预期的要求。

1、小型化设计

、小型化变电所设计原那么

（1）变电所定性为终端变。

（2）城市变电所采纳全户内布置方式,一样城镇变电所采纳半户内布置方式。

（3）变电所小型化,必然要求减少变电所电压品级数,采纳110/10KV三相双圈变压器。

（4）简化系统主接线,110kV尽可能采纳线路变压器组单元接线方式;10kV侧采纳单母线分段接线方式,母分开关设备自投,以保证用户供电靠得住性和不中断性。

（5）设备小型化。

关于中心城区变电所建议尽可能选用组合电气,如此既能够知足占地小的要求,也从设备靠得住性上保证了供电的靠得住性。

（6）变电所设备整体布局紧凑化,在知足必需的检修及运行通道外,不考虑变电所出线扩建。

（7）变电所采纳综合自动化系统,按“无人值班,少人值守”设计,以减少变电所辅助用房数量。

、小型化变电所设计

（1）简化主接线，采纳组合型、紧凑型设备

随着城市负荷的增加,10kV配网的彼此转供能力慢慢增强,供电靠得住性日趋提高,依托10kV配网的支撑,在知足供电靠得住性的基础上,部份110kV变电所的110kV主接线采纳桥型或线变组接线,简化电气设计、紧缩变电楼跨距、改善土建荷载散布、降低建筑费用,对110kV变电所的小型化设计将起到十分重要的作用。

110kV采纳气体绝缘设备即GIS设备,能有效减少变电所的占地面积和建筑面积。

如一个110kV内桥接线采纳AIS设备户内布置时,其场地至少需要20m×,而采纳GIS设备只需×5m,后者的占地面积仅为前者的10%。

结合最近几年的运行保护体会,尽管GIS设备购买费用较常规设备要高,但其征地、拆迁、工程安装、建筑工程、运行保护、停电损失等费用都较常规设备要低,在市中心土地稀缺或地价较高的情形下,GIS较AIS设备具有显著优势。

因此,在城市中心合理采纳GIS设备是减少变电所占地面积和建筑面积的有效手腕之一。

一样,10kV采纳小尺寸中置移开式金属铠装开关柜,既减少了10kV开关室的面积,又紧缩了建筑物的占地面积,使变电楼的设计更为紧凑。

如常规10kV开关柜柜宽尺寸为800mm,为知足36回电缆出线的要求,开关室的尺寸需34m×10m;而选用柜宽为650mm的小尺寸开关柜,开关室的尺寸可紧缩至×10m。

（2）优化建筑排布，减少占地面积

一样来讲,所区环行道路的占地面积接近所区总占地面积的20%,对总平面布置阻碍超级大。

所区之因此设置环形道路是为了知足设备运输及消防的要求,如在选所址时将变电所布置在靠近已建成的道路旁,所区道路可考虑与所外道路结合形成环道,所区内道路呈“U”形,设主大门和消防门两个出口,在个别环境更理想的所址,还可采纳“L”、“一”形道路。

通过取消所区环行道

路,可将所区占地面积存缩10%以上,小型化成效十分显著。

在方便运行治理的条件下,通过增加楼层的布置,同时优化电气设备布置,以紧缩建筑物占地面积,能够相应的减少变电所围墙内的占地面积。

缩小主变之间及建筑物之间的间距也是紧缩所区总占地面积的有效手腕之一。

如利用主变与主楼的防火间距布置所区道路、在3台主变间设置防火墙;或将主变靠围墙布置,所区道路布置在主变的低压侧,既知足所区消防要求,又可合理利用防火间距的空间;或将主变靠近主楼布置,既减少了占地面积,又减少了对周围环境的噪声阻碍;还可在不受电缆沟布置阻碍的前提下以主厂房一侧立面代替围墙。

（3）其他小型化设计

采纳大容量主变。

目前电网应用较多的主变容量为5万kVA。

采纳万kVA

的主变容量,可有效降低单位容量的所区占地面积,从而实现变电所的小型化设计。

从目前电网具体情形来看,采纳万kVA主变要紧受到10kV侧短路容量的限制。

城网导那么要求10kV系统短路电流操纵在16kA以下。

假设采纳万kVA主变,且110kV侧短路电流按20kA操纵,那么主变短路阻抗必需在20%以上,才能操纵10kV侧短路电流在16kA之内或增设10kV限流电抗器,从而致使增加了电网设备和投资。

因此,可通过技术经济分析,按需要慢慢推行采纳万kVA的主变。

增大电容器单组容量。

在城镇变电站基准方案中假设单台电容器采纳100kvar,单组电容器最大尺寸为7m×,电容器室面积2,如单台电容器采纳200kvar,单组电容器最大外形尺寸为4m×,二者相较长度减少了3m,占地减少19%,可使电容器室面积减小为2,紧缩面积近1/3。

操纵10kV出线规模。

操纵10kV出线规模可有效紧缩10kV开关室的纵向长度,可结合10kV配网的负荷、网络结构等具体情形,进一步紧缩变电所的10kV出线规模。

将不常常操作和监视的设备分散布置。

将二次设备依据功能分散布置,二次设备间内仅布置监控爱惜及计量等综合设备,将蓄电池、所用电和通信设施分散布置在楼层的空余空间,将所用电装置布置在110kV配电装置室内。

变电所结合公建布置。

当变电所单独建设时,一样建筑容积率≤1,而与其他建筑结合建设时容积率可提高至2,乃至更高,也确实是说在一样一块土地上除建设一座完整的变电所外,还建成了相同或多于变电所所用面积的其他用途用房面积,能够大大提高土地的利用价值。

但变电所结合其他建筑布置尤其是当主变布置在地下时,还需考虑解决在公共平安（消防）、安装、检修等方面存在的问题。

结合电网的进展,可在个别工程加以应用。

与220kV变电所采纳子母变的形式。

110kV变电所与220kV变电所采纳子母变的形式布置。

这种布置方式可共用围墙和所区内道路,可大大减少征地面积。

2、电气主接线设计

、主变压器的选择

（1）主变压器台数的选择

依照资料分析和线路输送能力（110kv送电容量为10~50M，送电距离为50~150KW）来看，为能够保障对Ⅰ、Ⅱ类负荷的需要，和扩建的可能性，至少装设两台主变以提高对负荷供电的靠得住性，易便当一台主变故障或检修时，令一台能对负荷继续供电。

（2）主变压器容量的计算

近期负荷：

∑PM=28MW

远期总负荷：

∑PM=45MW

用电负荷的总视在功率∑SM

远期:

∑SM=∑PM/COSφ=45/=MVA（）

主变压器的总容量应知足：

Sn≥K∑SM/S=×=MVA（）

（K为同时率，依照资料取，线损4%）

最大方式下运行且留裕10%后的容量：

S=Sn/2×（1+10%）=2×=MV·A（）

变电所有两台主变压器，考虑到任一台主变停运（检修）时，另一主变都要知足的容量：

Sn≥×70%=（）

那么选每台主变容量：

Sn=

为了知足系统要求，和通过查表，确信每台主变的装机容量为：

总装机容量为2×

考虑周围环境温度的阻碍：

θp=（θmax+θmin）/2=℃（）

Kθ=（）/100+1=（）

依照Sn≥∑SM/Kθ=××=MVA（）

即Sn=＞MVA

知足要求。

（3）主变压器型式的选择

相数的选择

电力系统中大多数位三相变压器，三相变压器较之于同容量的单相，变压器组其金属材料少20%~25%，运行电能损耗少12%~15%，而且占地面积少，因此在可能情形下优先采纳。

本变电所设在城郊周围不远，不受运输条件限制，因此采纳三相变压器。

绕组的确信

该变电所只有两个电压品级（110KV和10KV），因此选择双绕组变压器，而自耦变压器一样用在220KV以上的变电所中，因此在这不采纳。

绕组接线方式的选择

变压器绕组的连接方式必需和系统电压的连接方式相位一致，不然不能并联运行。

我国110KV及以上变压器绕组都选用Y连接，35KV及以下电压，绕组都选择△连接方式，因此该变电站的两台主变，高压侧（110KV）采纳Y连接，低压侧（10KV）采纳△连接方式。

查110KV变电所设计指导，符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时，可选择SFZ7-31500/110的主变，技术参数如下：

表主变压器的技术参数

型号

高压

低压

空载电流

空载损耗

负载电流

阻抗电压

连接组别

SFZ7-31500/110

110±3×%

10．5

36

138

10．5

Yn,d11

、所用变压器的选择

依照《35～110KV变电所设计标准》规定，在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器，别离接到母线的不同分段上。

变电所的所用负荷，一样都比较小，其靠得住性要求也不如发电厂那样高。

变电所的要紧负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处置设备、检修工具和采暖、通风、照明、供水等。

这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需一级，采纳动力与照明混合供电方式。

380V所用电母线可采纳低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。

本变电所所用容量为100KVA，选用两台型号为S9-100/10的三相油浸自冷式铜线变压器，接入低压侧,互为暗备用。

具体参数如下表：

表利用电变压器参数表

产品

型号

额定容量（KVA）

高压侧（KV）

低压侧（KV）

接线组方式

短路损耗（W）

短路电压（%）

空载损耗（W）

空载电流（%）

S9-100/10

100

10

Y,yn0

1500

4

290

、电气主接线设计

2.3.1、电气主接线设计原那么

现代电力系统是一个庞大的、周密的整体。

各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。

其主接线的好坏不仅阻碍到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也阻碍到工农业生产和人民日常生活。

因此，发电厂、变电站主接线必需知足以下大体要求。

（1）运行的靠得住

断路器检修时是不是阻碍供电；设备和线路故障检修时，停电数量的多少和停电时刻的长短，和可否保证对重要用户的供电。

（2）具有必然的灵活性

主接线正常运行时能够依照调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各类事故或设备检修时，能尽快地退出设备。

切除故障停电时刻最短、阻碍范围最小，而且再检修在检修时能够保证检修人员的平安。

（3）操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清楚、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员把握。

复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。

但接线过于简单，可能又不能知足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成没必要要的停电。

（4）经济上合理

主接线在保证平安靠得住、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

（5）应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速进展，电力负荷增加专门快。

因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

变电站电气主接线的选择，要紧决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数量的多少、电网的结构等。

依照小型化设计原那么可采纳以下方案：

110kV可采纳双内桥接线和内桥加线路变压器组两种接线方式。

10kV采纳单母线分段接线或单母线接线。

方案

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅴ

110kV

双内桥接线

内桥加线路变压器组

双内桥接线

内桥加线路变压器组

10kV

单母线分段接线

单母线分段接线

单母线接线

单母线接线

表主接线方案比较表

2.3.2、10KV侧电气主接线的选择

（1）单母线接线

①优势：

结构简单清楚、操作简便、不易误操作；设备少，节省投资和占地；

易于扩建。

②缺点：

靠得住性差，母线停运（母线检修、故障，线路故障后线路爱惜或断路器拒动）将使全数支路停运，即停电范围为该母线段的100%，且停电时刻很长，假设为母线自身损坏，需待母线修复以后方能恢复各支路运行；调度不方便，电源只能并列运行，不能够排列运行，且线路侧短路时，容易造成较大的短路。

（2）单母分段接线

①优势：

母线经断路器分段后，对重要用户能够从不同段引出两个回路，有两个电源供电；一段母线故障时（或检修），仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作；能够提高靠得住性和灵活性；两段母线同时故障概率甚小，不予考虑。

②缺点：

设备相对较多，投资大和占地多。

图10KV单母线接线

图10KV单母线分段接线

（3）10KV侧接线方式选择

通过10KV侧两路接线优缺点的分析，尽管依照小型化原那么，咱们要选择占地和资金少的线路，可是必需在保障平安，灵活的前提下，而且资金和占地相差不是很多，而平安性和灵活性提高很多。

可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应该选择单母线分段接线。

2.3.3、110KV侧电气主接线的选择

（1）110kV侧双内桥接线

①优势：

两条线路上都装一台断路器，因此线路的切除和投入比较方便，当线路发生短路时，仅故障线路断路器跳开，仅停该线路，其他3个回路仍可继续工作。

桥型接线的110kV电压互感器可设置于桥双侧（母线侧）,也可接于110kV进线侧。

高压断路器数量少，造价低，容易进展为单母分段接线；靠得住性较高。

②缺点：

变压器的切除和投入较复杂，需要操作两台断路器并阻碍一回线路临时停运。

接线部份故障情形需采纳两级备自投动作来实现不中断供电,动作时刻略长;投资和占地较大；110kV电气设备操作较烦琐,运行方式较多,对运行、操作人员有较高的要求。

（2）110kV内桥接线线路变压器接线

①优势：

投运2台主变时,为一标准的桥接线投资比双内桥接线要省；线变组接线110kV不需要配置爱惜；占地面积比双内桥接线要少；接线方式比较灵活；接线只需一级备自投动；实现不中断供电。

②缺点：

靠得住性不是很高。

图110KV内桥加线路变压器组

图110KV双内桥接线

（3）110KV侧接线方式选择

经济性比较:

110kV桥爱惜别离配置三相三段式电流爱惜（具有低压及方向闭锁）、四段式零序方向爱惜、过负荷告警，而110KV线变组接线不需要爱惜。

线变组接线的资金投入明显要省很多。

面积比较：

双内桥接线。

变电所采纳全户内布置时,配电楼为两层式综合性建筑物。

一层为二次设备室、10kV配电装置室和辅房;二层为110kV配电装置室。

主变压器室占两层层高。

配电楼建筑占地面积、建筑面积。

内桥接线+线路变压器组接线。

变电所采纳全户内布置时,配电楼为1栋2层综合性建筑物。

1层为主变压器室、二次设备室、10kV配电装置室和辅房;2层为110kV配电装置室。

主变压器室占2层层高。

配电楼建筑占地面积、建筑面积。

综上所述，可得110KV侧应该选内桥接线+线路变压器组接线方式。

因为它的投资较少，占地小，操作灵活性高，靠得住性知足系统要求

（4）110KV侧接线方式优化设计

110KV侧可适当放大导线截面,减少线路回数,节约线路走廊,降低线路本钱,减少线路施工周期。

同时,提高了110kV变电所中110kV距离的资源利用率。

、所用变压器低压侧接线

所用电系统采纳380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，所用变压器低压侧接线采纳单母线分段接线方式，平常割裂运行，以限制故障范围，提高供电靠得住性。

380V所用电母线可采纳低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段。

图所用变压器低压侧接线

3、短路电流计算

、短路计算的原那么

（1）短路计算的目的

短路是电力系统中最多见的且很严峻的故障。

短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会阻碍用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳固性，并损坏电气设备。

因此，在发电厂变电站和整个电力系统的设计和运行中，都必需对短路电流进行计算。

在选择电气主接线时，为了比较各类接线方案或确信某一接线是不是需要采取限制短路电流的方法等，均需进行必要的短路电流计算。

在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情形下都能平安、靠得住地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件查验软导线的相间和相对地的平安距离。

在选择继电爱惜方式和进行整定计算时，需以各类短路时的短路电流为依据。

按接地装置的设计，也需用短路电流。

（2）短路计算的一样规定

验算导体和电器动稳固、热稳固和电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计计划容量计算，并考虑电力系统的远景进展计划（一样为本期工程建成后5～10年）。

确信短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不该按仅在切换进程中可能并列运行的接线方式。

选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的导步电机的阻碍和电容补偿装置放电电流的阻碍。

选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地址。

导体和电器的动稳固、热稳固和电器的开断电流一样按三相短路验算。

（3）短路计算大体假设

正常工作时，三相系统对称运行；

所有电源的电动势相位角相同；

电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生转变；

不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的阻碍；

系统短路时是金属性短路。

、短路电流计算的步骤

高压短路电流计算一样只计算各元件的电抗，采纳标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：

基准容量SB=100MVA

基准电压UB1=115KV,UB2=

基准电流IB1=SB/

UB1=

IB2=SB/

UB2=

（1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；

（2）给系统制订等值网络图；

（3）选择短路点；

（4）对网络进行化简，把供电系统看为无穷大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、出名值。

（5）计算短路容量，短路电流冲击值

短路容量：

S=

VjI˝

短路电流冲击值：

ish=˝

（6）列出短路电流计算结果

、短路电流计算软件的开发

采纳VisualBasic语言，使用VisualBasic软件，依照在环网中110KV变电站短路情形编写短路计算软件。

在软件中输入环网和110KV变电站中相关参数和选择短路点，可得该短路点发生短路后得短路后等值电抗、短路电流、冲击电流和短路容量和短路等值电流。

软件如以下图所示

图计算短路电流软件示用意a

在上图中，对处于环网中的110KV变电站进行参数填空。

Xd1，Sa1为A发电厂的电抗，容量。

Xd2，Sa2为B发电厂的电抗，容量。

XL为线路电抗。

L1,L2,L3为线路长度。

Xt为主变压器电抗。

d-1短路点在110KV侧；d-2短路点在10KV侧。

取基准值SB=100MVA

UB1=115KV,UB2=

当d-1发生短路时，如以下图所示。

等值电路图转变如下，

X8为短路电抗标幺值

Id1为短路电流出名值

ish1为短路冲击电流出名值

Sd1为三相短路容量

图计算短路电流软件示用意b

当d-2发生短路时，如以下图所示。

等值电路图转变如下，

X10为短路电抗标幺值。

Id2为短路电流出名值。

ish2为短路冲击电流出名值。

Sd2为三相短路容量。

图计算短路电流软件示用意c

、短路电流计算结果表

表短路电流计算表

短路点

编号

基准电压（KV）

基准电流（KA）

分支电抗

Xjs*

分支额定电流IN（KA）

短路电流标幺值（B）

短路电流值（kA）

0s

∞

0s

∞

周期分量I’’（KA）

冲击电流ish（KA）

d-1

115

d-2

4、电气设备选择

、电气设备选择的原那么

由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方式也都完全不相同。

可是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必需靠得住地工作，为此，它们的选择都有一个一起的原那么：

按正常工作状态选择；按短路状态校验。

电气设备选择的一样原那么为：

（1）应知足正常运行检修短路和过电压情形下的要求并考虑远景进展。

（2）应知足安装地址和本地环境条件校核。

（3）应力求技术先进和经济合理。

（4）同类设备应尽可能减少品种。

（5）与整个工程的建设标准和谐一致。

（6）选用的新产品均应具有靠得住的实验数据并经正式签定合格的特殊情形下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

、电气设备选择的技术条件

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情形下维持正常运行。

（1）电压：

选用的电器许诺最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug。

（2）电流；选用的电器额定电流Ie不得低于 所在回路在各类可能运行方式下的持续工作电流Ig。

校验的一样原那么：

电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳固校验，校验的短路电流一样取最严峻情形的短路电流。

用熔断器爱惜的电器可不校验热稳固。

短路的热稳固条件

（）

（）

Qdt——在计算时刻ts内，短路电流的热效应（KA2S）

It——t秒内设备许诺通过的热稳固电流有效值（KA2S）

T——设备许诺通过的热稳固电流时刻（s）

校验短路热稳固所用的计算时刻Ts按下式计算

t=td+tkd（）

td——继电爱惜装置动作时刻内（S）

tkd——断路的全分闸时刻（s）

（4）动稳固校验

电动力稳固是导体和电器经受短时电流机械效应的能力，称动稳固。

知足动稳固的条件是：

（）

上式中

——短路冲击电流幅值及其有效值

——许诺通过动稳固电流的幅值和有效值

（5）绝缘水平：

在工