110KV降压变电站电气一次部分初步设计.docx

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110KV降压变电站电气一次部分初步设计

110KV降压变电站电气一次部分初步设计

一、变电站的作用

1.变电站在电力系统中的地位

电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。

电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机）、变换（变压器、整流器、逆变器）、输送和分配（电力传输线、配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。

2.电力系统供电要求

（1）保证可靠的持续供电：

供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备的安全，形成十分严重的后果。

停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。

因此，电力系统运行首先足可靠、持续供电的要求。

（2）保证良好的电能质量：

电能质量包括电压质量，频率质量和波形质量

这三个方面，电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量，例如给定

的允许电压偏移为额定电压的正负5%给定的允许频率偏移为正负0.2—0.5%HZ等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。

（3）保证系统运行的经济性：

电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国

民经济一次能源总消耗占的比重约为1/3，而且在电能变换，输送，分配时的损耗绝对值也相当可观。

因此，降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换，输送，分配时的损耗，又极其重要的意义。

二、变电站与系统互联的情况

1.待建变电站基本资料

（1）待建变电站位于城郊，站址四周地势平坦，站址附近有三级公路，交通方便。

（2）该变电站的电压等级为110KV,35KV,10K三个电压等级。

110KV是本变电站的电源电压，35KV，10KV是二次电压。

（3）该变电站通过双回110K线路与100公里外的系统相连，系统容量为1250MVA系统最小电抗（即系统的最大运行方式）为0.2（以系统容量为基准），系统最大电抗（即系统的最小运行方式）为0.3。

2.35KV和10KV负荷统计资料

35K和10KV用户负荷统计资料如表1-1,1-2所示，最大负荷利用小时为Tmax=5500h同时率取0.9，线损率取5%功率因数取0.95。

线路每相每公里电抗值X0=0.4Q/km基准电压UB取各级的平均电压，平均电压为1.05额定电压。

（1）35KV部分的最大负荷

电压等级

负荷名称

容量（MW

负荷性质

线路

距离（KM

35KV

炼钢厂

4.2

1

:

架空线路

15

901线

2.7

1

架空线路

12

表1-1

（2）10KV部分的最大负荷

电压等级

负荷名称

容量（MW

负荷性质

线路

距离（KM

10KV

r机械厂

1.2

3

架空线路1

1.3

饲料厂

0.9

3

架空线路

2.2

:

炼油厂

2

2

架空线路［

1.6

糖厂

1.3

2

架空线路

2

:

市政

1.1

3

架空线路

1.1

面粉厂

1.3

3

架空线路

1.7

表1-2

三、电气主接线设计及主变压器的选择

1.变电站电气主接线的设计原则

1接线方式：

对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路一变压器组或桥型接线等。

在110—220kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110—220kV出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。

在大容量变电站中，为了限制6—10kV出线上的短路电流，一般可采用下列措施：

1）变压器分列运行；2）在变压器回路中装置分裂电抗器；3）采用低压侧为分裂绕组的变压器；4）出线上装设电抗器。

2断路器的设置：

根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。

3为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。

2.主变压器的选择

主变容量一般按变电站建成近期负荷5〜10年规划选择，并适当考虑远期

10〜15年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，从长远利益考虑，根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合确定。

在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合

理时，可装设两台以上主变压器。

装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%勺全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

1）相数：

容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。

因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。

同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。

2）绕组数与结构：

电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。

在发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。

3）绕组接线组别：

变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。

否

则，不能并列运行。

电力系统采用的绕组连接有星形“Y'和三角形“D”。

在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。

根据以上原则，主变一般是丫，D11常规接线。

4）调压方式：

为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许

范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。

从而改变其变比，实现电压调整。

通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。

因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，对于220kV及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。

5）冷却方式：

电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。

根据以上变压器选择原则，结合原始资料提供的信息，分析后决定本变电站用2台三相三绕组的变压器，并采用YNyn0,d11接线。

由原始资料可知，Pi0=7.8MWP35=6.9MW

设负荷同时率系数K1取0.9，线损平均取5%即&=1.05，功率因数COS©取0.95。

则10kV和35kV的综合最大负荷分别为：

S10ma=K1K2P10/COS©=0.9X1.05X7.8*0.95=7.76（MVA

S35ma=K1K2P35/COS©=0.9X1.05X6.9*0.95=6.86（MVA每台变压器额定容量为：

Sn=0.6Sm=0.6（Si0ma+S35ma）=0.6X（6.86+7.76）=8.772（MVA

由此查询变电站设计参考资料选得的变压器参数如下表:

型号及容量

KVA

额定电压

高/中/低KV

损耗（Kvy

阻抗电压（%

空载电流

（%

空

载

短路

高-中

高-低

中-低

高-中

高-低

中-低

SFSL-10000/100

121/38.5/11

17

91

89

69.3

17

10.5

6

1.5

89.6

88.7

69.7

10.5

17

6

检验：

当一台主变不能正常工作时，只有一台主变工作且满载则，

S=10000KVA占总负荷的百分比为10/14.62=68%,且还未计及变压器事故过负荷40%勺能力，所以所选变压器满足要求。

3.电器主接线选择（单母线分段接线方式）

优点：

①、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②、当一段母线故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电，故障时停电范围小，供电的可靠性提高；③、扩建时需向两个方面均衡扩建；④、接线简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，为以后的发展和扩建奠定了基础。

缺点：

①、当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。

②、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

适用范围：

适用于6〜10kV线路出线16回及以下，每段母线所接容量不宜

超过25MW/

电压等级

负荷名称

负荷性质

接线方式

进/出线回数

110kV

系统电源

单母线分段

进2回

2回

35kV

炼钢厂

1

单母线分段

出1回

4回

901线

1

出1回

备用

出2回

10kV

机械厂

3

单母线分段

出1回

8回

饲料厂

3

出1回

炼油厂

2

出1回

糖厂

2

出1回

市政

3

出1回

面粉厂

3

出1回

备用

7

出2回

四、短路电流计算

短路的危害：

（1）通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；

（2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，弓|起他们的损坏或缩短他们的使用寿命；（3）电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。

1.

系统等值网络图如下：

本变电站短路电流计算

用标幺值进行计算，基准容量Sb=100MVA线路每相每公里电抗值Xo=0.4

Q/km基准电压UB取各级的平均电压，平均电压为1.05额定电压：

额定电压（KV

110

35

10

平均电压（KV

115

37

10.5

阻抗电压%

Ud1-2%

Ud1-3%

Ul2-3%

10.5

17

6

由于本变电站所用三绕组变压器为降压变压器，所以其各电压侧阻抗电压正

好与变压器铭牌标示的相反，即：

W2

xt22

XL1

V\

W1

XT23

k"

XZ2

WV——►

XL2

XT12

\AA

W3

XT

T3

XZ3

其中，三绕组变压器电抗标幺值：

Urii%=Ui%=1/2（Udi-2%+Udi-3%—Ud2-3%=0.5x（10.5+17-6）=10.75Uri2%=U2%=1/2（Udi-2%^Ud2-3%-Udi-3%=0.5x（10.5+6—17）=—0.25Uh3%=U3%=1/2（U2-3%十UU%—Ud1-2%=0.5x（6+17—10.5）=6.25则：

**

Xt11*=Xt21*=LT11%/100・S/Sn=10.75一100X100+10=1.075

**

Xt12=Xt22=0

Xr13*=Xr23*=LT13%/100•S/Sn=6.25一100X100+10=0.625线路的电抗标幺值：

**2Q

Xj=X2=X）•l•SB/Ub=0.4X100X100一1152=0.3025

系统电抗标幺值，由于要求三相短路电流，所以用最大运行方式下的系统电抗：

Xs*=Xsmin•Sb/Ss=0.2X100一1250=0.016

由此得到含短路点的等值网络简化图如下：

W2

2

3

扁=2.55?

1=2.55X2.213551=5.645（kA）

3）10kV侧（K3点）发生三相短路时：

等值网络图如下：

10kV侧的基准电流为:

（kA）

IB10=S/v3/UB10=100--10.5=5.499

短路电流有名值为：

I“=1“*•Ib10=0.983284X5.499=5.40708（kA）

冲击电流为:

iq=2.55?

l“=2.55X5.40708=13.78805（kA）

系统最大运行方式下的三相短路电流

短路点

0s短路电流（kA）

1s短路电流（kA）

2s短路电

流（kA）

4s短路电流（kA）

稳态短路电流（kA）

冲击电流

（KA

K1（110KV

0.256

0.264

0.264

0.264

0.653

K2（35KV

2.214

5.645

K3（10KV

5.407

13.788

五、主要电气设备的选择

1.断路器及校验

目前，使用得最多的是少油断路器，六氟化硫断路器和空气断路器。

1、110KV断路器选择：

1）电压Ug（电网工作电压）wUN（断路器额定电流）；

Uh>110kV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

In》IgMA）=SZma2MVArV3-110kV=77A

3）开断电流：

Idt

Ikd>0.256kA

4）动稳定：

IchWIMAX）

Imax》0.6528kA

型号

额定电压

（KV

额定

电流

（A）

开断容量（MVA

额定开

端电流

（KA

极限通

过电流

（KA

热稳态

电流

（KA

固有分闸时间（S）

合闸时间

（S）

峰值

5s

SW4-110/1000

110

1000

18.4

55

21

0.06

0.25

由以上条件查“35~500kV高压断路器技术数据表”选出断路器如下:

22

5）热稳定校验：

IstdzWItto

由上表，断路器分闸时间为0.06s,设过流保护动作时间2s,则t=0.06+2=2.06

（s）,|3=I/Is=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=1.67则：

Is2tdZ=0.2562X1.67=0.109,It2t=212X5=2205>0.109

所以所选择的断路器满足要求。

2、35KV断路器选择：

1）电压Ug（电网工作电压）wun（断路器额定电流）；

UN》35kV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

In》IgMA）=SZmaMVA^V3-35kV=113A

3）开断电流：

IdtWIkdo

Ikd》2.22kA

4）动稳定：

IchWIMAX）

Imax》5.65kA

由以上条件查“35~500kV高压断路器技术数据表”选出断路器如下:

型号

额定电压

额定

开断容

额定开

极限通

热稳态

固有分闸

合闸时间

（KV

电流

量（MVA

端电流

过电流

电流

时间（S）

（S）

（A）

（KA）

（KA

（KA

峰值

4s

DW6-35/400

35

400

6.6

19

6.6

0.1

0.27

112—2~

5）热稳定校验：

I3tdzWItto

由上表，断路器分闸时间为0.1s,“设过流保护动作时间2s，贝St=0.1+2=2.1（s）,B=I/I=1,通过查短路电流周期分

量发热等值时间曲线可得tdz=1.67。

则：

I-2tdz=2.222x1.67=8.34,lt}=6.62X4=174.24>8.34所以所选择的断路器满足要求。

3、10KV断路器选择：

1）电压Ug（电网工作电压）wUN（断路器额定电流）；

LN>10kV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

In》IgMA）=SZmaMVA^V3-10kV=448A

3）开断电流：

|dtWIkd。

Ikd>5.4kA

4）动稳定：

IchWIMAX

Imax》13.79kA

由以上条件查“10kV高压断路器技术数据”选出断路器如下：

型号

额定电压

额定

开断容

额定开

极限通

热稳态

固有分闸

合闸时间

（KV

电流

量（MVA

端电流

过电流

电流

时间（S）

（S）

（A）

（KA

（KA

（KA

峰值

2s

SN10-10I/630

10

630

16

40

16

0.05

0.2

5）热稳定校验：

I3tdzWItto

由上表，断路器分闸时间为0.05s,设过流保护动作时间2s,贝吐=0.05+2=2.05

（s）,B=I/I3=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdz=1.67o

则：

I「tdz=5.42X1.67=48.6972,It2t=162X2=512>48.6972所以所选择的断路器满足要求。

2.隔离开关

隔离开关选择技术条件与断路器相同。

对110kV,35kV出线线路侧隔离开关选用带接地刀闸的。

1、110KV隔离开关选择：

1）电压Ug（电网工作电压）wUN（断路器额定电流）；

Uh>110kV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

In》IgMA）=SZma2MV¥v3-110kV=77A

3）开断电流：

Idt

Ikd>0.256kA

4）动稳定：

IchWIMAX）

Imax》0.6528kA

由以上条件查变电站设计参考资料选出户外隔离开关如下：

型号

额定电压（KV）

额定电流（A）

动稳定电流（KA）

热稳态电流（KA）

GW4-110

110

600

50

15.8

5）热稳定校验：

IgtdzWItt。

由上表，隔离开关分闸时间为0.06s，设过流保护动作时间2s，则t=0.06+2=2.06

（s）,B=1“/I=1，通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=1.67

则：

I2tdZ=0.2562X1.67=0.109，It2t=212X5=2205>0.109

所以所选择的隔离开关满足要求。

2、35KV隔离开关选择：

1）电压Ug（电网工作电压）wUN（断路器额定电流）；

UN》35kV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

In》IgMA）=SZmaMVA^V3-35kV=113A

3）开断电流：

IdtWIkd。

Ikd》2.22kA

4）动稳疋：

IchWIMAX）

Imax》5.65kA

由以上条件查变电站设计参考资料选出户外隔离开关如下:

型号

额定电压（KV）

额定电流（A）

动稳定电流（KA）

热稳态电流（KA）

GN2-35T

35

400

52

14（5s）

22

5）热稳定校验：

I尺tdzWItto

由上表，隔离开关分闸时间为0.1s，设过流保护动作时间2s，贝St=0.1+2=2.1（s），B=I/I-=1,通过查短路电流周期分

量发热等值时间曲线可得tdz=1.67。

2222

贝心I乂tdz=2.222x1.67=8.34,Itt=6.62X4=174.24>8.34所以所选择的隔离开关满足要求。

3、10KV隔离开关选择：

1）电压Ug（电网工作电压）wUN（断路器额定电流）；

Uh>10kV

2）电流IgMAX（最大工作电流）WIN（断路器额定电流）。

In》IgMA）=SZmaMVA^V3-10kV=448A

3）开断电流：

IdtWIkd。

Ikd》5.4kA

4）动稳定：

IchWIMAX

Imax》13.79kA

由以上条件查变电站设计参考资料选出户外隔离开关如下：

型号

额定电压（KV）

额定电流（A）

动稳定电流（KA）

热稳态电流（KA）

GN19-10XT

10

-630

50

20（4s）

i__KT-27

5）热稳定校验：

IgtdZWItto

由上表，隔离开关分闸时间为0.05s，设过流保护动作时间2s，则

（C

t=0.05+2=2.05（s）,p=I/Ig=1,通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=1.67o

2222

则：

IgtdZ=5.42X1.67=48.6972,Itt=162X2=512>48.6972

所以所选择的隔离开关满足要求。

3.母线选择与校验

1）软母线:

110kV,35kV配电装置的母线采用钢芯铝绞线。

2）硬母线:

10kV母线采用硬母线。

1、110KV母线选择：

1）按最大工作电流选择导线截面S：

IgMAX^KeIY:

lgMA=Smax/v3U=14.62MV”v3十110kV=77A

Kb取0.89，则：

Iy>77-0.89=86.52（A）

查“钢芯铝绞线长期允许载流量表”可选出导线：

导线型号：

LGJ-95

导体最咼允许温度

钢芯铝绞线长期允许载流量（A）

700

330

800

352

2）热稳定校验：

S》Smin=l®/C•V^dZ

C取87,tdz取1.67,I3=0.256kV贝q：

Smin=I/C-vtdZ=256-87x".67=3.802585（mrr）v95mrm所以所选择的母线满足要求。

2、35KV母线选择：

1）按最大工作电流选择导线截面S：

」gMAX^KeIY：

IgMA?

=S^max/iMVA^V3-35kV=113A

Ke取0.89，则：

IY>113-0.89=126.97（A）

导线型号：

LGJ-240

导体最咼允许温度

钢芯铝绞线长期允许载流量（A）

700

610

800

613

查“钢芯铝绞线长期允许载流量表”可选出导线：

2）热稳定校验：

S》Smin=I3/C•vVdz

C取87,tdz取1.67,I3=2.22kV贝U：

Smin=I3/C•vtdZ=2220-87XVT^7=32.97544（mrn）V

2

240mm

所以所选择的母线满足要求。

3、10KV母线选择：

1）按最大工作电流选择导线截面S：

IgMAX^KeIY：

IgMA=Smax/v3U=7.76MV”v3-10kV=448A

Kb取0.89，则：

Iy>448-0.89=503.37（A）

导体尺寸hxb（mm2）:

单条平放63^5.3

矩形铝导体长期允许载流量（A）