110kV变电站初步设计典型方案

1 110电站初步设计典型方案 第一章 统资料及变电站负荷情况 第一节 变电站型式及负荷 该站 为降压变电站，电压等级为 110/35/10 110回路与 56统相连，一回作为主电源供电，另一回作为备用联络电源供电，使该站得到可靠稳定供电电源。 系统在最大运行方式下其容量为 3500最小运行方式下其容量为 2800电抗为 以系统容量及电压为基准的标么值），系统以水容量为主。 1、 35荷 35线四回、容量为 中 一 类负 荷两回，容量为 25二类负荷两回，容量为 2、 10荷 10量为 中一类负荷两回、容量为 类负荷三回、容量为 、三类负荷有一回，容量为 4 3、 同时率 负荷同时率为 85%，线损率为 5%, 3510表 1压等级 负荷名称 容量（ 负 荷 类型 线路类型 距离（ 35泥厂 6 3 20 氮肥厂 4 0 18 铝厂 10 0 17 铁合金厂 15 0 15 10来水厂 5 架空 1 糖厂 4 架空 1 5 医院 1 25 电缆、直 埋 1 2 电灌站 1 架空 2 机床厂 3 5 架空 1 棉纺厂 3 75 架空 1 5 市政用电 3 、 电缆、沟中 1 0 2 第二章 电气主接线方案 第一节 设计原则及基本要求 设计 原则： 变电站电气主接线，应满足供电可靠性，运行灵活，结线简单清晰、操作方便，且基建投资和年运行费用经济。因此在原始资料基础上进行综合方面因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。 一、 定各电压等级出线回路 根据原始资料，本变电站为降压变电站，以两回 110与系统连接，故110压等级为两回出线。 35 10压等级分别为 4 个和 7 个，由于 类负荷的供电可靠性要比 、 类负荷要高得多，为满足供电可靠性要求，若有一类负荷，应采用双电源或双回路供电，当采用双回路供电时每回路要分接在不同的母线上。 二、确定各 母线结线形式 1、基本要求 1)、可靠性高 ： 断路器检修时能否不影响供电； 断路器或母线故障时停电时间尽可能短和不影重要用户的供电； 2)、灵活性 ： 调度灵活、操作简便、检修安全、扩建方便； 3)、经济性： 投资省、占地面积小、电能损耗小。 按以上设计原则和基本要求， 3510设有双电源供电；为了提高供电可靠性、同时节省投资、减少占地面积， 110 350电装置用外桥形接线。 两个 方案中 110线、 10线侧相同，35组断路器；方案二采用了两台 双卷变压器、 35使用了 9 组断路器。主接线候选方案如下图所示： 3 第二节 候选方案技术经济比较 一、技术比较 方案二接线清晰简明，与方案一比较存在以下缺点，主变压器台数增加一倍，断路器和隔离开关相应增多，故障概率相应较高、维护检修的次数和时间相应较多、供电可靠性相对较低；保护整定相对复杂、操 作相对增多、调度运行的灵活性降低； 低压负荷多通过一次电压变换，增加电能损耗，主变压器和设备较多，增大占地面积、投资增大、经济性差； 二、经济比较 1） 、综合投资 Z 按常规主要比较两个方案中选用设备的不同部分 Z = 1 + ） （万元） 其中 : 4 a 明的附加费用比例系数； 110电站取 90 。 方案一 每台主变 160万元、 35 570 （万元） Z = 1083 （万元） 方案二 760 （万元） Z = 1444 （万元） 2）、年运行费用 U U = A 10 （万元） 其中 U 1 ; 取 ； 暂定按每千瓦时 A 方案一 A = 2520000 （ U = （万元） 方案二 A = 4752000 （ U = （万元） 第三节 方案选用 通过以 上方案比较，方案一的供电可靠性、调度运行灵活性、经济性均优于方案二，故选用方案一。 第四节 主变压器选择 1、确定主变压器数量 由于变电站是单侧电源供电，且有一、二类重要负荷，为保证供电的可靠性，计划装设两台主变压器 2、选定变压器容量 变电站有 35103510最大负荷分别为： 负荷同时率 线路损耗 最大综合负荷分别为： 2 5 2 由于一般电网的变电站约有 25%的非重要负荷，考虑到当一台变压器停用时，应保证对 60%负荷供电，再考虑变压器的事故过负荷有 40%的能力，可保证 对 84%负荷供电，故每台变压器的容量按下式选择： ( = 按计算可选择每台变压器容量为 26考虑到 510年的负荷发展容量，单台变压器的容量确定为 3、 选定变压器 由于变电站具有三种电压等级，正常负荷通过变压器各侧绕组的功率达到20%以上，故选用三绕组变压器，型号为 10。根据实际情况 确定配置有载调压装置，使变电站系统具有供电可靠、设备少、接线简单、运行安全、灵活性好的优点。 第三章 短路电流计算 第一节 参数的计算 用标么值进行计算，基准容量 100 基准电压 各级的平均额定电压，电抗标么值计算如下： 1、变压器电抗 X*1 100 = = 18 = X*1 100 e= 6 X*1100 e= 18100 *2100 e= *1 =X*1 X*1 X*2=062 = *2 =X*1 X*2 X*1= 712 = - 常认为 X*2 = 0 X*3 =X*1 X*2 X*1 = 332 = 、线路电抗 :X* = 其中 ： /L 路长度 56 ）、 110路： X* = = 56 1001152 = )、 35 X*= 301 = 20 100372 = 7 X*= 302 = 18 100372 = *= 303 = 17 100372 = *= 304 = 15 100372 = ）、 10 X*= 901 = 1 = *= 902 = = *= 903 = = *=904 = 2 = *= 905 = 1 = X*= 905 = = *= 906 = 1 = 3、系统电抗： = j 系统电抗； XS S 为系统容量 , SS 3500SS 2800 XS* XS j 1003500 =8 XS j 1002800 = 统的正序阻抗（标么值）图如下： 1/2/3/10）、 在 系统最大运行方式 X = 统最小运行方式 X = 2）、 9 在 系统最大运行方式 X + = 统最小运行方式 X = ）、 在 系统最大运行方式 X = 统最小运行方式 X = 、电源计算电抗： 1）、 系统最大 运行方式 X j= 3500 100 = 系统最小运行方式 X j= 2800 100 = ）、 10 系统最大运行方式 X j= 3500 100 = 统最小运行方式 X j= 2800 100 = ）、 系统最大运行方式 X j= 3500 100 = 统最小运行方式 X j= 2800 100 = 二节 短路电流计算 以供电电源为基准计算电抗 3 时，不考虑短路电流同期分量的衰减 ： *Z = ” * = * 1 X*其中： *Z ” * 秒短路电流周期分量的标么值； * 间为短路电流周期分量的标么值； X* 源对短路点的等值 电抗标么值； 1、 *Z = ” * = * = 1 X*= 1 = 效值： Z = ” * j 11 j = 1500 3 37 = Z = ” * j = 2、 *Z = ” * = * = 1 X*= = 效值： Z = ” * j j = 1500 3 Z = ” * j = 3、 由于 3， 按有限电源对短路点短路，假定电源为汽轮发电机组，以电源容量为基准的计算电抗按 查相应的发电机运算曲线图，可得到短路电流周期分量的标么值 * t = 0 时 ， * = ” * = 式 ” = ” * e e 源的额定电流 e = 1500 3 115 = ( ” = ” * e = ( I = ” = ( 4、 短路冲击电流 12 2 ” = ” 短路时： ” = ( 短路时： ” = ” = ( 第四章 电气设备选择 第一节 断路器 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。按最新趋势：变电站内开关应无油化，根据六氟化硫断路器、空气断路器在实际应用中表现出的稳定性、可靠性， 110路器选用六氟化硫断路器、 350 1、断路器选用的技术条件： 1）、电压 其中 电网工作电压； 断路器额定电压； 2）、电流 其中 最大工作电流； 断路器额定电流； 3）、开断电流 其中 路器的额定开断电流 ； 4）、动稳定 其中 5）、热稳定 其中 I ； 13 2、 110 110 110路器工作条件 表 4号 项目内容 符号 单位 数值 备注 1 电网工作电压 Ug 10 2 最大工作电流 220 3 开断电流（最大暂态短路电流） 4 动稳定（短路冲击电流） 5 热稳定（稳态三相短路电流） I 6 短路电流发热等值时间 1 7 ” = ” / I = 1 假设流过保护动作时间为 2秒，断路器跳闸时间为 t =，查相关资料 = 1 = 110B） 的主要技术数据如表 4 B） 氟化硫断路器的主要技术数据 表 4号 项目内容 符号 单位 数值 备注 1 额定电压 Ue 10 2 最高工作电压 26 3 额定电流 1250 4 额定开断电流 5 5 极限通过电流峰值 3 6 短路电流热稳定值 It 5 7 短路电流热稳定值 t S 3 14 8 固有分闸时间 t 0 9 合闸时间 t 20 10 额定开断时间 t * t = 252 1268 * t 满足热稳定要求 根据 110B） 氟化硫断路器的主要技术数据，选用六氟化硫 B） 3、 35 35 其中 ” = ”I = 1 假设流过保护动作时间为 3 秒，断路器跳闸时间为 ， t =，查相关资料 ； = 1 = 35路器工作条件 表 4号 项目内容 符号 单位 数值 备注 1 电网工作电压 Ug 5 2 最大工作电流 530 3 开断电流（ 最大暂态短路电流 ） 4 动稳定（短路冲击电流） 5 热稳定（稳态三相短路电流） I 6 短路电流发热等值时间 35的主要技术数据如表 4 户外高压真空断路器的主要技术数据 表 4 项目内容 符号 单位 数值 备注 15 号 1 额定电压 Ue 2 最高工作电压 3 额定电流 1600 4 额定开断电流 0 5 极限通过电流峰值 0 6 短路电流热稳定值 It 0 7 短路电流热稳定值 t S 4 8 固有分闸时间 t 9 合闸时间 t 10 全开断时间 t 80 * t = 202 4 = 1600 * t 满足热稳定要求 根据 35路器的工作条件和 户外高压真空断路器的主要技术数据，选用 户外高压真空断路器完全满足技术条件的要求。 4、 10 10 10路器工作条件 表 4号 项目内容 符号 单位 数值 备注 1 电网工作电压 Ug 0 2 最大工作电流 515 3 开断电流（最大暂态短路电流） 4 动稳定（短路冲击电流） 5 热稳定（稳态三相短路电流） I 6 短路电流发热等值时间 ” = ” / I = 1 假设流过保护动 作时间为 2 秒，断路器跳闸时间为 ， t =，查相关资料 16 = = 1 = 10的主要技术数据如表 4 17 户内高压真空断路器的主要技术数据 表 4号 项目内容 符号 单位 数值 备注 1 额定电压 Ue 0 2 最高工作电压 3 额定电流 1250 4 额定开断电流 5 极限通过电流峰值 0 6 短路电流热稳定值 It 7 短路电流热稳定值 t S 3 8 分闸时间 t 9 合闸时间 t 10 雷电冲击耐受电压 （全波） 5 * t = 3 = 2977 * t 满足热稳定要求 根据 10用 户内真空断路器完全满足技术条件要求。 第二节 隔离开关选择 1、隔离开关选择的技术条件 1）、电压 2）、电流 3）、动稳定 4）、热稳定 I 2、 110110 110离开关工作条件 18 表 4号 项目内容 符号 单位 数值 备 注 1 电网工作电压 Ug 10 2 最大工作 电流 220 3 最大暂态短路电流 4 动稳定电流 5 热稳定电流 I 110110 110 表 4定 电压 （ 最大工作电压（ 额定电流 （ A） 接地刀电流 （ A） 极限通过电流（ 5（ 备 注 有效值 峰值 110 126 1250 200 32 55 21 双地刀 根据 110离开关的工作条件和 110用 110 3、 3535 35离开关工作条件 表 4号 项目内容 符号 单位 数值 备 注 1 电网工作电压 Ug 5 2 最大 工作电流 530 3 最大暂态短路电流 4 动稳定电流 5 热稳定电流 I 3535D 型的主要技术数据如表 4 35D 型高压隔离开关的主要技术数据 表 419 额定 电压 （ 最大工作电压（ 额定电流 （ A） 接地刀电流 （ A） 极限通过电流（ 2定电流 （ 备 注 有效值 峰值 35 250 30 50 20 单地刀 根据 3535用 35D 型高压隔离开关完全满足技术条件要求。 4、 1010 10离开关工作条件 表 4号 项目内容 符号 单位 数值 备 注 1 电网工作电压 Ug 0 2 最大工作电流 515 3 最大暂态短路电流 4 动稳定电流 5 热稳定电流 I 1010 型的主要技术数据如表 4 10型户内隔离开关的主要技术数据 表 4定 电压 （ 额定电流 （ A） 极限通过 电流峰值 （ 5定电流 （ 备 注 10 1000 75 30 单地刀 根据 1010型户内隔离开关的主要技术数据，选用 10 型户内隔离开关完全满足技术条件要求。 第三节 母线选择与校验 1、软母线 1105 1） 、按最大工作电流选择导线截面 S 20 110 总综合负荷为 线最大工作电流为 : 110 = 280 (A) 环境温度为 +250C 时导体长期允许载流量，由相关资料查出：95 导线在导体最高允许温度 +700C 时 30A，在导体最高允许温度+800C 时 52A， 温度修正系数，在导体 最高允许温度 +800C、实际环境温度为 +400C、海拔高度 1000米及以下时， 352= 292 A 所选择的导线截面满足最大工作电流的要求。 35 综合负荷为 = 线最大工作电流为 35 = 520(A) 环境温度为 +250C 时导体长期允许载流量，由相关资料查出：300 导线在导体最高允许温度 +700C 时 90A，在导体最高允许温度+800C 时 55A， 上。 755= 所选择的导线截面满足最大工作电流的要求。 2)、热稳定校验 110应满足 S I C 其中 ： C 为热稳定系数，铝母线时 C = 87； 21 以上算得 为稳态三相短路电流，由以上算得 I = 7 =78.9 S 热稳定校验符合要求。 35 应满足 S I C 其中 ： C 为热稳定系数，铝母线时 C = 87； 以上算得 为稳态三相短路电流，由以上算得 I = A 7 = S 热稳定校验符合要求。 2、硬母线 10母线选用硬母线。 1） 、按最大持续工作电流选择母线截面 应满足 ； 10 U = 1060(A) 以上计算得： 1060 A ， 由相关资料查得：选用单条平放 80 10 矩形铝导体的长期允许载流量 1411 A ， = 则有 1411 所选导体截面符合最大工作电流的要求。 2） 、热稳定校验 22 应满足 S IC ； IC = 220 S 热稳定校验符合要求。 3）、动稳定校验 应满足 y ； 式中： y 铝 y = 69 106 单条矩形母线有 10 A L=1.2 m 单条平放时 W = （ m） （ m） = m =1 1 10 = 106 y 动稳定校验符合要求。 故先用 80 10铝母线是符合要求的。 4）、绝缘子的选择 查设计手册，初步选用 支持绝缘子，其主要技术参数如下： 额定电压： 10内式 抗弯破坏允许荷重： F =7335=4401(N) 23 绝缘子计算荷重： f 70 682(N) 因绝缘子计算荷重小于 支持绝缘子允许荷重，故动稳定合格。 第四节 10变电站 10院及市政用电出线是电缆出线，故应进行 10 一、医院线路 1、 按经济电流密度和最大持续工作电流选择截面 S 1250 3 = A 130 小时，电缆直埋地下，地壤温度为 25， 查经济电流密度表，当 130小时， J= =选用 10通粘性浸油纸绝缘三芯（铝）电力电缆，缆芯截面为 50 =130A 2 按长期发热允许电流校验 当土壤温度为 25，可由手册查表求得电缆载流量的修正系数为 1，电缆的载流量为： =130A =130A A 3、热稳定校验 应满足 S IC 式中： C = 95 考虑速动保护动作，设断路器跳闸时间为 护动作时间为 t = ， 24 = 1,查参考资料图 5 2得： , 取 I = ( 70 S 原所选缆芯截面不满足热稳定校验的要求， 重新选取 S = 95 芯截面的电缆。 5、按允许电压降校验 应满足 U% = 3 100 5 % 其中： =m ； （ U% = 3 103 95 = U% 、热稳定校验 应满足 S IC 式中： C = 95 考虑速动保护动作，设断路器跳闸时间为 护动作时间为 t = ， = 1,查参考资料图 5 2得： , 取 I = ( 70 5、按允许电压降校验 应满足 U% = 3 100 5 % 其中： =m ； （ U% = 3 1 103 120 = U% 5 % 电压降校验符合要求。 第五节 电压互感器选择 电压互感器用于交流电力系统中，它的作用是将系统的高电压变换成安全、标准的低电压，以便联接继电器及计量仪表，供电能计量、电压测量和继电保 26 护之 用。 电压互感器可在 8 小时内无损伤地承受 2倍额定电压，不同等级电压互感器在一次电压和二次极限容量范围内其误差值应符合表 4 电压互感器误差限值表 表 4确级次 比差值（ %） 相位差（分） 20 1 1 40 3 3 不规定 电压互感器参数选择应符合表 4 电压互感器参数选择 表 4 目 参 数 技术条件 正常工作条件 一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度 等级、机械荷载 承受过电压能力 绝缘水平、泄漏 比距 环 境 条 件 环境温度、最大风速 、相对湿度 、污秽 、海拔高度、地震烈度 注： 当地屋内使用时可不校验。 当地屋外使用时可不校验。 35110压互感器用于电度计量，准确度不应低于 ；用于电压测量，不应低于 1级；用于继电保护不应低于 3级，根据电压互感器的选用条件，选用如下电压互感器： 1、 110 根据以上电压互感器的选用条件，选择 110压互感如表 4示。 选用的 110压互感器技术数据 表 4 号 额定电压（ V） 额定容量 （ 极限 输出（ 联结组 备 注 一次 绕组 二次绕组 剩余电压绕组 1 级 3 级 110 1100003 1003 100 500 1000 2000 I， i0,浸式 2、 35 根据以上电压互感器的选用条件，选择 35压互感如表 4示 : 选用的 35压互 感器技术数据 27 表 4 型 号 额定电压（ V） 额定容量（ 最大容量结组 备 注 一次线圈 二次线圈 辅助线圈 1 级 3 级 50003 1003 1003 150 250 600 2000 1/1/1浸式、三台成套使用配、 10 根据以上电压互感器的选用条件，选择 10压互感如表 4示。 选用的 10压互感器技术数据 表 4 号 额定电压（ V） 额定容量（ （ 最大容量结组 备 注 一次 线圈 二次 线圈 辅助线圈 1级 3级 00003 1003 1003 40 60 150 300 1/1/1相三线圈绕注式户内型 第六节 电流互感器选择 电流互感器用于交流电力系统中，将高压系统中的电流或低压系统中的大电流转换成标准的小电流（一般为 5A 或 1A），以便连接测量仪表或继电器供测量电流、计量电 能及继电保护用。 电流互感器可在 同准确级次的电流互感器在二次极限负荷范围内其误差值不超过 表 4规定。 电流互感器参数选择应符合表 4 电流互感器的二次额定电流有 5A 和 1A 两种，一般弱电系统用 1A， 28 电流互感器误差限值表 表 4准确级次 一次电流为额定电流的百分数（ %） 误差限值 比值差（ %） 相位差（分） 0 60 20 50 100120 40 1 10 120 20 100 100120 1 80 3 50120 3 不规定 10 50120 10 不规定 电流互感器的参数选择 表 4 项 目 参 数 技术条件 正常工 作条件 一次回路电压、一次回路电流、二次回路电流、二次侧负荷、准确度等级，暂态特性、二次级数量、机械荷载 短路稳定性 动稳定倍数、热稳定倍数 承受过电压能力 绝缘水平、泄漏比距 环境条件 环境温度、最大风速 、相对湿度 、污秽 、海拔高度、地震烈度 注： 当地屋内使用时可不校验。 当地屋外使用时可不校验。 强电系统用 5A，二次级的数量决定于测量仪表、保护装置和自动装置的要求。一般情况下，测量仪表与保护装置宜分别接于不同的二次绕组，否则应采取措施，避免相互影响。 35内配电装置电流互感器，一般采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。 35用 L（ C） 系列。 当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大 13 左右，以保证测量仪表的最佳工作，并在过负荷时有适当的指示。 根据以上电流互感器的选用条件，选用以下电流互感器。 1、 110 29 根据以上电流互感器的选用条件，选择 110流互感如表 4示 : 电流互感器技 术数据 表 4 型 号 额定电流比 （ A） 二次组合 准确级 二次额定输 出（ 50 2 600/5 2/. 5 2 30、 50 2、 35 根据以上电流互感器的选用条件，选择 35流互感如表 4示。 电流互感器技术数据 表 4 号 额定电流比 （ A） 二次组合 准确级 二次额定输出 （ 35W 800/5 0. 5 D 40 3、 10 根据以上电流互感器的选用条件，选择 10流互感如表 4示。 电流互感器技术数据 表 4型 号 额定电流比 （ A） 二次组合 准确级 二次额定输 出（ 00/5 . 2 0 第七节 10根据变电站总体布置方案， 10用户内式配电装置， 10防”型高压开关柜（即防止误合、误分断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂地线；防止带在线合闸；防止误入带电间隔；），从电气和