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—%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（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。
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，线损率取5%，功率因数取。
线路每相每公里电抗值X0=Ω/km基准电压UB取各级的平均电压，平均电压为额定电压。
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
1
架空线路
15
901线
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
3
架空线路
饲料厂
3
架空线路
炼油厂
2
2
架空线路
糖厂
2
架空线路
2
市政
3
架空线路
面粉厂
3
架空线路
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=，P35=MW
设负荷同时率系数K1取，线损平均取5%，即K2=，功率因数cosφ取。
则10kV和35kV的综合最大负荷分别为：
S10MAX=K1K2P10/cosφ=××÷=（MVA）
S35MAX=K1K2P35/cosφ=××÷=（MVA）每台变压器额定容量为：
SN==（S10MAX+S35MAX）=×（+）=（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
121/11
17
91
89
17
6
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/=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。
系统等值网络图如下：
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=Ω/km基准电压UB取各级的平均电压，平均电压为额定电压：
额定电压（KV）
110
35
10
平均电压（KV）
115
37
阻抗电压%
Ud1-2%
Ud1-3%
Ud2-3%
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
Xs
W1
XL1
XT21
XT23
XZ2
XL2
XT12
W3
XT
XZ3
T13
其中，三绕组变压器电抗标幺值：
UT11%=UT21%=1/2（Ud1-2%﹢Ud1-3%﹣Ud2-3%）=×（﹢17﹣6）=
UT12%=UT22%=1/2（Ud1-2%﹢Ud2-3%﹣Ud1-3%）=×（﹢6﹣17）=﹣
UT13%=UT23%=1/2（Ud2-3%﹢Ud1-3%﹣Ud1-2%）=×（6﹢17﹣）=则：
XT11=XT21=UT11%/100·SB/SN=÷100×100÷10＝
XT12=XT22=0
XT13=XT23=UT13%/100·SB/SN=÷100×100÷10＝线路的电抗标幺值：
**2
XL1*=XL2*=X0·l·SB/UB2=×100×100÷1152=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=×100÷1250=
2
3
此时短路点总电抗标幺值为：
XΣ110*=XS*+XL*=+÷2=电源对短路点的计算阻抗为：
XBS110=XΣ110?
SS/SB=×1250÷100=通过查“水轮发电机运算曲线数字表”得：
I（0）=I
（1）=I
（2）=I（4）=110kV侧的基准电流为：
IB110=SB/UB110=100÷÷115=（kA）
短路电流有名值为：
I（0）“=I
（0）·
B110=×=
（kA）
I
（1）=I
（1）“*·
B110=×=
（kA）
I
（2）“=I
（2）·
B110=×=
（kA）
I（4）=I
（4）“*·
B110=×=
（kA）
冲击电流为：
icj=?
I（0）“=×=（kA）
2）35kV侧（K2点）发生三相短路时：
等值网络图如下：
W1W2
此时短路点总电抗标幺值为：
XΣ35=XS+XL+XT1+XT2=+÷2+（+0）/2=电源对短路点的计算阻抗为：
XBS35=XΣ35?
SS/SB=×1250÷100=>当XBS>时，求短路电流不用查表法，用倒数法：
I=I∞=1/XBS35=1÷=
35kV侧的基准电流为：
IB35=SB/UB35=100÷÷37=（kA）
短路电流有名值为：
I=I·IB35=×=（kA）
冲击电流为：
icj=?
I“=×=（kA）
3）10kV侧（K3点）发生三相短路时：
等值网络图如下：
W1W3
此时短路点总电抗标幺值为：
XΣ10*=XS*+XL*+XT1*+XT3*=+÷2+（+）/2=
电源对短路点的计算阻抗为：
XBS10=XΣ10?
SS/SB=×1250÷100=>
当XBS>时，求短路电流不用查表法，用倒数法：
I=I∞=1/XBS35=1÷=
10kV侧的基准电流为：
IB10=SB/UB10=100÷÷=（kA）
短路电流有名值为：
I“=I“*·IB10=×=（kA）
冲击电流为：
icj=?
I“=×=（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）
K（1110KV）
K2（35KV）
K3（10KV）
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=÷÷110kV=77A
3）开断电流：
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4）动稳定：
Ich≤IMAX。
IMAX≥
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
5s
SW4-110/1000
110
1000
55
21
22
5）热稳定校验：
I∞tdZ≤Itt。
由上表，断路器分闸时间为，设过流保护动作时间2s，则t=+2=（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=。
则：
I∞2tdZ=×=，It2t=212×5=2205>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=÷÷35kV=113A
3）开断电流：
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4）动稳定：
Ich≤IMAX。
IMAX≥
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
19
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：
I∞tdZ≤Itt。
由上表，“断路器分闸时间为，设过流保护动作时间2s，则t=+2=（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=。
22
则：
I∞tdZ=×=，Itt=×4=>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=÷÷10kV=448A3）开断电流：
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4）动稳定：
Ich≤IMAX。
IMAX≥
由以上条件查“10kV高压断路器技术数据”选出断路器如下：
“/I∞=1，通过查短路电流周期分量发热等值时间曲线可得tdZ=
222
则：
I∞tdZ=×=，Itt=162×2=512>
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=÷÷110kV=77A
3）开断电流：
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4）动稳定：
Ich≤IMAX。
IMAX≥
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
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：
22
5）热稳定校验：
I∞tdZ≤Itt。
由上表，隔离开关分闸时间为，设过流保护动作时间2s，则t=+2=（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=。
222
则：
I∞tdZ=×=，Itt=21×5=2205>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=÷÷35kV=113A
3）开断电流：
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4）动稳定：
Ich≤IMAX。
IMAX≥
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∞tdZ≤Itt。
由上表，隔离开关分闸时间为，设过流保护动作时间2s，则t=+2=（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=。
22
则：
I∞tdZ=×=，Itt=×4=>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=÷÷10kV=448A
3）开断电流：
Idt≤Ikd。
Ikd≥
4）动稳定：
Ich≤IMAX。
IMAX≥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）
22
5）热稳定校验：
I∞tdZ≤Itt。
由上表，隔离开关分闸时间为，设过流保护动作时间2s，则t=+2=（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=。
222
则：
I∞tdZ=×=，Itt=16×2=512>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=÷÷110kV=77A
Kθ取，则：
IY≥77÷=（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，I∞=则：
Smin=I∞/C·dZ=256÷87×=（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=÷÷35kV=113A
Kθ取，则：
IY≥113÷=（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-240
导体最高允许温度
钢芯铝绞线长期允许载流量（A）
700
610
800
613
2）热稳定校验：
S≥Smin=I∞/C·dZC取87，tdZ取，I∞=则：
Smin=I∞/C·dZ=2220÷87×=（mm2）＜240mm2
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≤KθIY：
IgMAX=SZmax/UN=÷÷10kV=448A
Kθ取，则：
IY≥448÷=（A）
查“钢芯铝绞线长期允许载流量表”可选出导线：
导体尺寸h×b（mm）：
单条平放63×
矩形铝导体长期允许载流量（A）
872
2）热稳定校验：
S≥Smin=I∞/C·dZ
C取87，tdZ取，I∞=则：
Smin=I∞/C·dZ=5400÷87×=（mm）＜63×=
3）动稳定校验：
σmax≤σyσy取69×106pa对单条矩形母线：
σmax=·ich2·βL2/（aw）×10-8pa上式中ich=，L=，w=（m3），a=,β=1，b=，h=63mm
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