城市轨道交通课程设计设计某个容量为40MVA主变电所1103510kV的主接线.docx
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城市轨道交通课程设计设计某个容量为40MVA主变电所1103510kV的主接线
1设计原始资料
1.1题目
设计某个容量为40MVA主变电所（110/35/10kV）的主接线，要求画出主接线图，主要设备的选择并进行分析。
1.2要完成的内容
（1）问题分析及方案设计
（2）短路电流的计算
（3）电气设备的选择
（4）电气主接线的设计
2问题分析及方案设计
2.1问题分析
本设计参考上海城市轨道交通供电系统，外部电源采用集中供电方式，采用三级电压（110/35/10kV）供电方式，如图1
图1三级电压供电方式图
电气主接线是电力系统网络结构的重要组成部分，因此，主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较，综合的考虑各个方面的因素影响，在保证供电可靠，调度灵活，满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件的设计先进性和可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
在进行论证分析时更应辩证地统一供电可靠性和经济性的关系，方能做到先进性和可行性
本设计变电站为降压变电站，有三个电压等级，即110/35/10kV。
高压侧电压为110kV，有两回进线,采用双回LGJ-185导线与枢纽变电所相距50km；中压侧电压为35kV，有八回出线；低压侧电压为10kV，有九回出线。
经分析可知，本变电站为地区变电站。
35kV侧，Ⅰ类负荷采用双回路供电，Ⅱ类负荷占总负荷40%，其余为三类负荷。
经分析计算，远期八路负荷为：
Ⅰ类：
3500kVA（双回）；Ⅱ类：
1000kVA、1000kVA、1800kVA、1000kVA（添加）；Ⅲ类：
1000kVA、1500kVA、1220kVA。
10kV侧，Ⅰ类负荷采用双回路供电，Ⅱ类负荷占总负荷35%，其余为三类负荷。
经分析计算，远期九路负荷为：
Ⅰ类：
2000kVA、1000kVA；Ⅱ类：
1000kVA、1800kVA、700kVA（添加）；三类：
1500kVA、800kVA、1000kVA、200kVA。
双回路工作方式：
两条双回路互为备用，平时均处于带点状态，一旦一条回路发生供电故障，另一条回路自动投入，从而保证不间断供电。
2.2主接线的设计方案
本设计中电压等级为110/35/10kV，出线情况为110kV出线两回，35kV出线八回（架空），10kV出线九回（电缆）。
根据以上分析拟定两种接线方案：
方案Ⅰ：
110kV采用内桥接线，35kV采用单母分段带旁路接线，10kV采用单母分段接线。
方案Ⅱ：
110kV采用单母分段接线，35kV采用单母分段接线，10kV采用单母分段接线。
方案Ⅰ主接线图：
10kV
35kV
110kV
图2方案Ⅰ主接线图
方案Ⅱ主接线图：
10kV
35kV
110kV
图3方案Ⅱ主接线图
2.2.1主接线方案的比较确定
根据可靠性、灵活性、经济性对两种方案进行比较。
（1）主接线方案的可靠性比较
110kV侧：
方案Ⅰ：
采用内桥接线，当一条线路故障或切除、投入时，不影响变压器运行，不中断供电，并且操作简单；桥连断路器停运时，两回路将解列运行，亦不中断供电。
且接线简单清晰，全部失电的可能性小，但变压器二次配电线及倒闸操作复杂，易出错。
方案Ⅱ：
采用单母线分段接线，任一台变压器或母线、线路故障或停运时，不影响其它回路的运行；分段断路器停运时，两段母线需解列运行，全部失电的可能稍小一些，不易误操作。
35kA侧：
方案Ⅰ：
单母线分段兼旁路接线，检修任一台断路器时，都可用旁路断路器代替；当任一母线故障检修时，旁路断路器可代替该母线，使该母线的出线不致停运。
方案Ⅱ：
单母线分段接线，检修任一台断路器时，该回路需停运，分段开关停运时，两段母线需解列运行，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不至失电，另一段母线上其他线路需停运。
10kV侧：
由于两方案接线方式一样，故不做比较。
（2）主接线方案的灵活性比较
110kV侧：
方案Ⅰ：
操作时，主变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，扩建方便。
线路的投入和切除比较方便。
方案Ⅱ：
调度操作时可以灵活地投入和切除线路及变压器，而且便于扩建。
35kV侧：
方案Ⅰ：
运行方式较复杂，调度操作复杂，但可以灵活地投入和切除变压器和线路，能满足在事故运行方式、检修方式及特殊运行方式下的调度要求，较易于扩建。
方案Ⅱ：
运行方式简便，调度操作简单灵活，易于扩建，但当断路器检修时线路要停运，影响供电。
10kV侧：
两方案相同。
（3）主接线方案的经济型比较
将两方案主要设备比较如表2-1所示：
表2-1不同方案所需设备个数
主变压器（台）
110kV断路器（台）
110kV隔离开关（组）
35kV断路器（台）
35kV隔离开关（组）
10kV设备
Ⅰ
2
3
8
13
35
相同
Ⅱ
2
5
10
12
33
相同
从表中可以看出，方案Ⅰ比方案Ⅱ综合投资少一些。
（4）主接线方案的确定
对方案Ⅰ、方案Ⅱ进行综合比较，根据它们的可靠性、灵活性和经济性，最终选择了方案一。
3主变压器的选择
3.1主变压器台数
应结合供电网络规划，中压网络形式，系统运行方式，主变电所备用。
目前，国内城市轨道交通主变电所设置两台主变压器，互为备用，正常情况下，并列运行，各承担50%用电负荷。
3.2主变压器的容量
主变压器容量一般按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，亦要根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。
对装设两台主变压器的变电所，每台变压器容量应按下式选择：
Sn=0.6PM。
因对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证70~80%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%。
由于一般电网变电所大约有25%为非重要负荷，因此，采用Sn=0.6PM确定主变是可行的。
由原始资料知：
35kV侧
Pmax=40MW
cosφ=0.85
10kV侧Pmax=25MW，cosφ=0.85
所以，在其最大运行方式下：
Sn=0.6×（40/0.85+25/0.85）
Sn=45.88（MVA）
选择两台西安变压器厂生产的三相三绕组风冷有载调压变压器两台，型号为：
SFSZ7-50000型变压器
3.3主变压器的形式
在330kV及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。
因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。
在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。
我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用星形接法，35kV也采用星形接法，其中性点多通过消弧线圈接地。
35KV及以下电压，变压器绕组都采用三角形接法。
3.4调压方式的确定
据设计任务书中：
系统110kV母线电压满足常调压要求，且为了保证供电质量，电压必须维持在允许范围内，保持电压的稳定，所以应选择有载调压变压器。
4短路电流的计算
4.1短路计算的目的
a.对所选电气设备进行动稳定和热稳定校验。
b.进行变压器和线路保护的整定值和灵敏度计算。
c.在选择继电保护和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
短路是电力系统中最常见和最严重的一种故障。
所谓短路是指电力系统正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。
引起短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。
4.2短路计算的一般规定
1合理假设：
（1）电力系统中所用电源都在额定负荷下运行。
（2）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。
（3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
（4）所有电源的电动势相位角相同。
（5）正常工作时，三相系统对称运行。
2最大运行方式：
计算短路电流是所用的接线方式应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中的能并列的接线方式。
3发生三相短路：
一般按三相短路计算。
若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。
4.3短路电流计算
a.选择计算短路点
在下图中，k1，k2，k3分别为选中的三个短路点
b.画等值网络图
XS
110KVk1
X1X1X235KV
X2
X3X3
k2
k310KV
图4等值网络通
c.计算
（1）取基准容量SB=100MVA，基准电压UB1=115kV，UB2=37kV，UB3=10.5kV。
则基准电流为
（2）计算各元件电抗标幺值
线路L阻抗：
变压器阻抗：
（3）当k1点短路时的总等效阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量
（4）K2点短路时的总等效阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量
（5）K3点短路时的总等效阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量
由于短路电流不大，可以选择断路器和隔离开关等电气设备，所以不用加电抗器
在110kV侧、35kV侧、10kV侧母线短路时，短路电流值，冲击电流值，全电流有效值，短路容量值如下表4-1
表4-1计算结果
短路点
VN（kV）
运行方式
暂态短路电流I’’（kA）
冲击电流
（kA）
全电流有效值
（kA）
短路容量Sd（MVA）
K1
110kV
最大
6.49
16.55
9.80
1299
K2
35kV
最大
3.85
7.08
4.20
247
K3
10kV
最大
9.05
16.65
9.86
164
5电气设备的选择
5.1互感器的选择
110kV电流互感器的选择
35kV及以上配电装置一般用油浸瓷箱式结构的独立式电流互感器，常用LCW系列。
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，以节约投资和占地。
一次回路额定电压电流的选择
=110kV
（A）
额定二次电流的选择，额定二次电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A。
当配电装置距离控制室较远时，为能使电流互感器多带二次负荷提高准确度，应尽量选择1A.。
可选用型号为LCWB4-110的电流互感器。
35kV电流互感器的选择
一次回路额定电压电流的选择
=35kV
（A）
故可选用型号为LCW-35的电流互感器。
5.2高压断路器的选型
110kV侧的高压断路器的选择
额定电压的选择
所选电气设备的最高工作电压
应不低于所在电网的最高运行电压。
对于一般电气设备
较
高10%~15%，电网的最高运行电压
通常不超过电网额定电压
的10%，可见只要
不低于
即可满足，故一般选择
=110kV
额定电流的选择
长期允许电流
应不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流
，变压器回路
应为1.05倍的变压器额定电流，出线单回路应为线路的最大负荷。
（A）
选用型号SW4-110的SF6断路器。
35kV侧的断路器的选择
额定电压的选择
=35kV
额定电流的选择
（A）
选用型号SW2-35Ⅱ额定电流为1500A的SF6断路器。
5.3高压隔离开关的选型
110kV侧隔离开关的选择
屋外220kV及以下各型配电装置可采用手动或自动GW4系列隔离开关，
故选用型号GW4-110的隔离开关
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