110KV降压变电站电气一次部分初步设计说明.docx
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110KV降压变电站电气一次部分初步设计说明
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,10KV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110KV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
35KV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=0.4Ω/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
机械厂
1.2
3
架空线路
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—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%的全部负荷,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Y,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YN,yn0,d11接线。
由原始资料可知,P10=7.8MW,P35=6.9MW
设负荷同时率系数K1取0.9,线损平均取5%,即K2=1.05,功率因数cosφ取0.95。
则10kV和35kV的综合最大负荷分别为:
S10MAX=K1K2P10/cosφ=0.9×1.05×7.8÷0.95=7.76(MVA)
S35MAX=K1K2P35/cosφ=0.9×1.05×6.9÷0.95=6.86(MVA)
每台变压器额定容量为:
SN=0.6SM=0.6(S10MAX+S35MAX)=0.6×(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(KW)
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,S1=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%的能力,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
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,引起他们的损坏或
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.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X0=0.4Ω/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
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:
阻抗电压%
Ud1-2%
Ud1-3%
Ud2-3%
10.5
17
6
系统等值网络图如下:
其中,三绕组变压器电抗标幺值:
UT11%=UT21%=1/2(Ud1-2%﹢Ud1-3%﹣Ud2-3%)=0.5×(10.5﹢17﹣6)=10.75
UT12%=UT22%=1/2(Ud1-2%﹢Ud2-3%﹣Ud1-3%)=0.5×(10.5﹢6﹣17)=﹣0.25
UT13%=UT23%=1/2(Ud2-3%﹢Ud1-3%﹣Ud1-2%)=0.5×(6﹢17﹣10.5)=6.25
则:
XT11*=XT21*=UT11%/100·SB/SN=10.75÷100×100÷10=1.075
XT12*=XT22*=0
XT13*=XT23*=UT13%/100·SB/SN=6.25÷100×100÷10=0.625
线路的电抗标幺值:
XL1*=XL2*=X0·l·SB/UB2=0.4×100×100÷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=0.2×100÷1250=0.016
由此得到含短路点的等值网络简化图如下:
1)110kV侧(K1点)发生三相短路时:
等值网络图如下:
此时短路点总电抗标幺值为:
XΣ110*=XS*+XL*=0.016+0.3025÷2=0.16725
电源对短路点的计算阻抗为:
XBS110=XΣ110*•SS/SB=0.16725×1250÷100=2.09
通过查“水轮发电机运算曲线数字表”得:
I(0)“*=0.509I
(1)“*=0.525I
(2)“*=0.525I(4)“*=0.525
110kV侧的基准电流为:
IB110=SB/
UB110=100÷
÷115=0.502(kA)
短路电流有名值为:
I(0)“=I(0)“*·IB110=0.509×0.502=0.256(kA)
I
(1)“=I
(1)“*·IB110=0.525×0.502=0.264(kA)
I
(2)“=I
(2)“*·IB110=0.525×0.502=0.264(kA)
I(4)“=I(4)“*·IB110=0.525×0.502=0.264(kA)
冲击电流为:
icj=2.55•I(0)“=2.55×0.256=0.653(kA)
2)35kV侧(K2点)发生三相短路时:
等值网络图如下:
此时短路点总电抗标幺值为:
XΣ35*=XS*+XL*+XT1*+XT2*=0.016+0.3025÷2+(1.075+0)/2=0.70475
电源对短路点的计算阻抗为:
XBS35=XΣ35*•SS/SB=0.70475×1250÷100=8.809>3.45
当XBS>3.45时,求短路电流不用查表法,用倒数法:
I“*=I∞*=1/XBS35=1÷0.70475=1.418943
35kV侧的基准电流为:
IB35=SB/
UB35=100÷
÷37=1.56(kA)
短路电流有名值为:
I“=I“*·IB35=1.418943×1.56=2.213551(kA)
冲击电流为:
icj=2.55•I“=2.55×2.213551=5.645(kA)
3)10kV侧(K3点)发生三相短路时:
等值网络图如下:
此时短路点总电抗标幺值为:
XΣ10*=XS*+XL*+XT1*+XT3*=0.016+0.3025÷2+(1.075+0.625)/2=1.017
电源对短路点的计算阻抗为:
XBS10=XΣ10*•SS/SB=1.017×1250÷100=12.716>3.45
当XBS>3.45时,求短路电流不用查表法,用倒数法:
I“*=I∞*=1/XBS35=1÷1.017=0.983284
10kV侧的基准电流为:
IB10=SB/
UB10=100÷
÷10.5=5.499(kA)
短路电流有名值为:
I“=I“*·IB10=0.983284×5.499=5.40708(kA)
冲击电流为:
icj=2.55•I“=2.55×5.40708=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)≤UN(断路器额定电流);
UN≥110kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/
UN=14.62MVA÷
÷110kV=77A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥0.256kA
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
IMAX≥0.6528kA
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(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
5)热稳定校验:
I∞2tdZ≤It2t。
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),β=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=0.2562×1.67=0.109,It2t=212×5=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)≤UN(断路器额定电流);
UN≥35kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/
UN=6.86MVA÷
÷35kV=113A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥2.22kA
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
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(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
4s
DW6-35/400
35
400
6.6
19
6.6
0.1
0.27
5)热稳定校验:
I∞2tdZ≤It2t。
由上表,断路器分闸时间为0.1s,设过流保护动作时间2s,则t=0.1+2=2.1(s),β=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=2.222×1.67=8.34,It2t=6.62×4=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)≤UN(断路器额定电流);
UN≥10kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/
UN=7.76MVA÷
÷10kV=448A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥5.4kA
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
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(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
2s
SN10-10I/630
10
630
16
40
16
0.05
0.2
5)热稳定校验:
I∞2tdZ≤It2t。
由上表,断路器分闸时间为0.05s,设过流保护动作时间2s,则t=0.05+2=2.05(s),β=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=5.42×1.67=48.6972,It2t=162×2=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)≤UN(断路器额定电流);
UN≥110kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/
UN=14.62MVA÷
÷110kV=77A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥0.256kA
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
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:
I∞2tdZ≤It2t。
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),β=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=0.2562×1.67=0.109,It2t=212×5=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)≤UN(断路器额定电流);
UN≥35kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/
UN=6.86MVA÷
÷35kV=113A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥2.22kA
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
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)
5)热稳定校验:
I∞2tdZ≤It2t。
由上表,隔离开关分闸时间为0.1s,设过流保护动作时间2s,则t=0.1+2=2.1(s),β=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=2.222×1.67=8.34,It2t=6.62×4=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)≤UN(断路器额定电流);
UN≥10kV
2)电流IgMAX(最大工作电流)≤IN(断路器额定电流)。
IN≥IgMAX=SZmax/
UN=7.76MVA÷
÷10kV=448A
3)开断电流:
Idt≤Ikd。
Ikd≥5.4kA
4)动稳定:
Ich≤IMAX。
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)
5)热稳定校验:
I∞2tdZ≤It2t。
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t=0.05+2=2.05(s),β=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=5.42×1.67=48.6972,It2t=162×2=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≤KθIY:
IgMAX=SZmax/
UN=14.62MVA÷
÷110kV=77A
Kθ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
导体最高允许温度
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=I∞/C·
dZ
C取87,tdZ取1.67,I∞=0.256kV则:
Smin=I∞/C·
dZ=256÷87×
=3.802585(mm2)<95mm2
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:
IgMAX≤KθIY:
IgMAX=SZmax/
UN=6.86MVA÷
÷35kV=113A
Kθ取0.89,则:
IY≥113÷0.89=126.97(A)
查“钢芯铝