110KV降压变电站电气一次部分初步设计

1、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

2、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0.20.5%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

3、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0.9

4、5。线路每相每公里电抗值X0=0.4/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4.21架空线路15901线2.71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1.23架空线路1.3饲料厂0.93架空线路2.2炼油厂22架空线路1.6糖厂1.32架空线路2市政1.13架空线路1.1面粉厂1.33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接线方式：对于变电站的电气

5、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110220kV 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110220kV 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610kV 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。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。为正确选择接线和设备，必须进行逐

6、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510 年规划选择，并适当考虑远期1015 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。

7、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

8、。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，

9、并采用YN，yn0,d11接线。由原始资料可知，P10=7.8MW，P35=6.9 MW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cos取0.95。则10kV 和35kV 的综合最大负荷分别为：S10MAX=K1K2P10/cos=0.9×1.05×7.8÷0.95=7.76（MVA）S35MAX=K1K2P35/cos=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（

10、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-10000/100121/38.5/1117918969.31710.561.589.688.769.710.5176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：、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两

11、个回路，有两个电源供电；、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；、扩建时需向两个方面均衡扩建；、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：、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。、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610kV 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

12、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=0.4/km 基准电压UB 取各级的平均电压，平均电

13、压为1.05 额定电压：额定电压（KV）1103510平均电压（KV）1153710.5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%10.5176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×（10.5176）=10.75UT12%=UT22%=1/2（Ud1-2%Ud2-3%Ud1-3%）=0.5×（10.5617）=0.25UT13%=UT23%=1/2（Ud2-3%Ud1-3%Ud1-2%

14、）=0.5×（61710.5）=6.25则：XT11*=XT21*=UT11%/100·SB/SN=10.75÷100×100÷101.075XT12*=XT22*=0XT13*=XT23*=UT13%/100·SB/SN=6.25÷100×100÷100.625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

15、·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：X110*=XS*+XL*=0.016+0.3025÷2=0.16725电源对短路点的计算阻抗为：XBS110=X110*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)“*=0.509 I(1)“*=0.525 I(2)“*=0.525 I(4)“*=0.525110kV 侧的基准电流为：IB110=SB/3

16、/UB110=100÷3÷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=2.55I(0)“=2.55×0.256=0.653（kA）2）35kV 侧（K

17、2 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：X35*=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=X35*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=1.41894335kV 侧的基准电流为：IB35=SB/3/UB35=100÷3÷37=1.56（kA）短路电流有名值为：I“=

18、I“*·IB35=1.418943×1.56=2.213551（kA）冲击电流为：icj=2.55I“=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：X10*=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=X10*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“*=

19、I*=1/XBS35=1÷1.017=0.98328410kV 侧的基准电流为：IB10=SB/3/UB10=100÷3÷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=2.55I“=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）0.2560.2640.2640

20、.2640.653K2（35KV）2.2145.645K3（10KV）5.40713.788五、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。、110KV 断路器选择：1）电压Ug（电网工作电压）UN（断路器额定电流）；UN110kV2）电流IgMAX（最大工作电流）IN（断路器额定电流）。INIgMAX=SZmax/3UN=14.62MVA÷3÷110kV=77A3）开断电流：IdtIkd。Ikd0.256kA4）动稳定：IchIMAX。IMAX0.6528kA由以上条件查“35500kV 高压断路器技术数据表”选出断路器

21、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5sSW4-110/1000110100018.455210.060.255）热稳定校验：I2tdZIt2t。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），=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：I2tdZ=0.2562×1.67=0.109，It2t=212×5=22050.109所以所选择的断路器满足要求。、35KV 断路器选择：1

22、）电压Ug（电网工作电压）UN（断路器额定电流）；UN35kV2）电流IgMAX（最大工作电流）IN（断路器额定电流）。INIgMAX=SZmax/3UN=6.86MVA÷3÷35kV=113A3）开断电流：IdtIkd。Ikd2.22kA4）动稳定：IchIMAX。IMAX5.65kA由以上条件查“35500kV 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4sDW6-35/400354006.6196.60.10.275）热稳定校验

23、：I2tdZIt2t。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），=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：I2tdZ=2.222×1.67=8.34，It2t=6.62×4=174.248.34所以所选择的断路器满足要求。、10KV 断路器选择：1）电压Ug（电网工作电压）UN（断路器额定电流）；UN10kV2）电流IgMAX（最大工作电流）IN（断路器额定电流）。INIgMAX=SZmax/3UN=7.76MVA÷3÷10kV=448A3）开断电流：IdtIkd。Ik

24、d5.4kA4）动稳定：IchIMAX。IMAX13.79kA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2sSN10-10I/630106301640160.050.25）热稳定校验：I2tdZIt2t。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），=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：I2tdZ=5.42×1.67=48.6972

25、，It2t=162×2=51248.6972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。、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）；UN110kV2）电流IgMAX（最大工作电流）IN（断路器额定电流）。INIgMAX=SZmax/3UN=14.62MVA÷3÷110kV=77A3）开断电流：IdtIkd。Ikd0.256kA4）动稳定：IchIMAX。IMAX0.6528kA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

26、压（KV）额定电流（A）动稳定电流（KA）热稳态电流（KA）GW4-1101106005015.85）热稳定校验：I2tdZIt2t。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），=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：I2tdZ=0.2562×1.67=0.109，It2t=212×5=22050.109所以所选择的隔离开关满足要求。、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）；UN35kV2）电流IgMAX（最大工作电流）IN（断路器额定电流）。I

27、NIgMAX=SZmax/3UN=6.86MVA÷3÷35kV=113A3）开断电流：IdtIkd。Ikd2.22kA4）动稳定：IchIMAX。IMAX5.65kA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）GN2-35T354005214（5s）5）热稳定校验：I2tdZIt2t。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），=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：I2tdZ=2.222×1.67=

28、8.34，It2t=6.62×4=174.248.34所以所选择的隔离开关满足要求。、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）；UN10kV2）电流IgMAX（最大工作电流）IN（断路器额定电流）。INIgMAX=SZmax/3UN=7.76MVA÷3÷10kV=448A3）开断电流：IdtIkd。Ikd5.4kA4）动稳定：IchIMAX。IMAX13.79kA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）GN19-10XT106305020（4s）5）

29、热稳定校验：I2tdZIt2t。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），=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：I2tdZ=5.42×1.67=48.6972，It2t=162×2=51248.6972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。、110KV 母线选择：1）按最大工作电流选择导线截面 S：IgMAXKI Y ：IgMAX=SZmax /3UN=14.62

30、MVA÷3÷110kV=77AK取 0.89，则：IY77÷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）7003308003522)热稳定校验：SSmin =I/C·tdZC 取 87，tdZ 取 1.67，I=0.256kV 则：Smin =I/C·tdZ =256÷87×1.67=3.802585（mm 2）95mm2所以所选择的母线满足要求。、35KV 母线选择：1）按最大工作电流选择导线截面 S：IgMAXKIY：IgMAX=SZmax /3UN=6.86MVA÷3