110kv降压变电所电气一次部分及防雷保护设计－－毕业设计.doc

附录110kv降压变电所电气一次部分及防雷保护设计1 设计说明 1.1 环境条件变电站地处坡地土壤电阻率=1.79*10000/cm2温度最高平均气温+33，年最高气温40，土壤温度+15海拔1500m污染程度：轻级年雷暴日数：40日/年1.2 电力系统情况 系统供电到110kv母线上，35，10kv侧无电源，系统阻抗归算到110kv侧母线上ub=uav sb=110mva 系统110kv侧参数 x110max=0.0765 x110min=0.162 110kv最终两回进线四回出线，每回负荷为45mva，本期工程两回进线，两回出线。 35kv侧最终四回出线，全部本期完成，其中两回为双回路供杆输电tmax=4500h，负荷同时率为0.85 10kv出线最终10回，本期8回tmax=4500 h，负荷同时率0.85，最小负荷为最大负荷的70%，备用回路3 mw，6 mw，cos=0.85计算电压等级回路名称近期最大负荷（mw）功率因数cos回路数线路长度（km）供电方式35kv1#120.85125双回共杆2#100.85125双回共杆3#200.85123单回架空4#100.85119单回架空10kv130.8515架空240.8514架空320.8016架空430.8015电缆530.8513电缆620.8017电缆740.8016电缆820.8518电缆 负荷增长率为2%1.3 设计任务 变电站电气主接线的设计 主变压器的选择 短路电流计算 主要电气设备选择 主变保护配置 防雷保护和接地装置 无功补偿装置的形式及容量确定 变电站综合自动化2电气主接线的设计2.1 电气主接线概述发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。2.1.1 在选择电气主接线时的设计依据 发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用 发电厂、变电所的分期和最终建设规模 负荷大小和重要性 系统备用容量大小 系统专业对电气主接线提供的具体资料2.1.2 主接线设计的基本要求 可靠性 灵活性 经济性2.1.3 6-220kv高压配电装置的基本接线有汇流母线的连线：单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。无汇流母线的接线：变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。6-220kv高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。2.2 110kv侧主接线的设计110kv侧初期设计2回进线2回出线，最终2进线4回出线由电力工程电气设计手册第二章第二节中的规定可知：110kv侧配电装置宜采用单母线分段的接线方式。110kv侧采用单母线分段的接线方式，有下列优点： 供电可靠性：当一组母线停电或故障时，不影响另一组母线供电； 调度灵活，任一电源消失时，可用另一电源带两段母线： 扩建方便； 在保证可靠性和灵活性的基础上，较经济。故110kv侧采用单母分段的连接方式。2.3 35kv侧主接线的设计35kv侧出线回路数为4回由电力工程电气设计手册第二章第二节中的规定可知：当3563kv配电装置出线回路数为48回，采用单母分段连接，当连接的电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。故35kv可采用单母分段连接也可采用双母线连接。2.4 10kv侧主接线的设计10kv侧出线回路数本期为8回，最终10回由电力工程电气设计手册第二章第二节中的规定可知：当610kv配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接故10kv采用单母分段连接2.5 主接线方案的比较选择由以上可知，此变电站的主接线有两种方案方案一：110kv侧采用单母分段的连接方式，35kv侧采用单母分段连接，10kv侧采用单母分段连接。方案二：110kv侧采用单母分段的连接方式，35kv侧采用双母线连接，10kv侧采用单母分段连接。此两种方案的比较 方案一 110kv侧采用单母分段的连接方式，供电可靠、调度灵活、扩建方便，35kv、10kv采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。 方案二虽供电更可靠，调度更灵活，但与方案一相比较，设备增多，配电装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器使用，容易误操作。由以上可知，在本设计中采用第一种接线，即110kv侧采用单母分段的连接方式，35kv侧采用单母分段连线，10kv侧采用单母分段连接。方案一图: 方案二图：2.6 主接线中的设备配置2.6.1 隔离开关的配置 中小型发电机出口一般应装设隔离开关：容量为220mw及以上大机组与双绕组变压器为单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。 在出线上装设电抗器的610kv配电装置中，当向不同用户供电的两回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。 接在发电机、变压器因出线或中性点上的避雷器不可装设隔离开关。 中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。2.6.2 接地刀闸或接地器的配置 为保证电器和母线的检修安全，35kv及以上每段母线根据长度宜装设12组接地刀闸或接地器，每两接地刀闸间的距离应尽量保持适中。母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关和母联隔离开关上，也可装于其他回路母线隔离开关的基座上。必要时可设置独立式母线接地器。 63kv及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路宜配置接地刀闸。2.6.3 电压互感器的配置 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护 装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。 旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。 当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 当需要在330kv及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。 发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。2.6.4 电流互感器的配置 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。 对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。 一台半断路器接线中，线路线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器。线路变压器串，当变压器的套管电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。2.6.5 避雷器的装置 配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线装设避雷器时除外。 旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。 220kv及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。 三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。 下列情况的变压器中性点应装设避雷器 直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。 直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。 接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。 发电厂变电所35kv及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。 sf6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 110220kv线路侧一般不装设避雷器。3 主变压器的选择3.1 负荷分析3.1.1 负荷分类及定义 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。 二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。 三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。3.1.2 35kv及10kv各侧负荷的大小 35kv侧：p1=12+10+20+10=52mwq1=120.62+100.62+200.62+100.62=32.24mvars1=（522+32.242）1/2 =61.18 mva 10kv侧：p2=3+4+2+3+3+2+4+2+3+6=32mwq2=30.62+40.62+20.75+30.75+30.62+20.75+40.75+20.62+30.62+60.62=21.27mvars2=（322+21.272）1/2 =38.42 mvap=52+32=84 mw ，q=32.24+21.27=53.51 mvars=（842+53.512）1/2=99.60 mva考虑同时系数时的容量：s=99.600.85=84.66 mva考虑到2%的负荷增长率时的容量：s=84.661.02=86.353mva3.2 主变台数的确定对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，因此选择2台变压器即可满足负荷的要求。3.3 主变容量的确定 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，并适当考虑 到远期10-20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 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。对于有重要负荷的变电所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；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全部负荷的70-80。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：s=s0.7=86.3530.7=60.447mva所以应选容量为63mva的主变压器3.4 主变相数选择 主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。 当不受运输条件限制时，在330kv及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。3.5 主变绕组数选择在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：高压侧：k1=(52+32) 0.8/63=1.070.15中压侧：k2=520.8/63=0.660.15低压侧：k3=320.8/63=0.410.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。3.6 主变绕组连接方式变压器的连接方式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方式只有y和，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。 我国110kv及以上电压，变压器绕组都采用变压器绕组都采y0连接；35kv亦采用y连接，其中性点多通过消弧线接地。35kv及以下电压，变压器绕组都采用连接。有以上知，此变电站110kv侧采用y0接线35kv侧采用y连接，10kv侧采用接线主变中性点的接地方式：选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。35kv系统，ic=10a；10kv系统；ic qk，tk=tin+ta，校验电气设备及电缆（36kv厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。 动稳定校验：iesish，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定； 短路校验时短路电流的计算条件：所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。5.2 110kv侧断路器隔离开关的选择5.2.1 进线侧断路器、母联断路器的选择流过断路器的最大持续工作电流imax =(2sn )/(un)=(263000)/(110)=661.33 (a)额定电压选择：ununs=110kv 额定电流选择：inimax=661.33a 开断电流选择：inbri”=7.22ka (d1 点短路电流)在本设计中110kv侧断路器采用sf6高压断路器，因为与传统的断路器相比sf6高压断路器具有安全可靠，开断性能好，结构简单，尺寸小，质量轻，操作噪音小，检修维护方便等优点，已在电力系统的各电压等级得到广泛的应用。110kv的配电装置是户外式，所以断路器也采用户外式。从电气工程电器设备手册（上册）中比较各种110kvsf6高压断路器的应采用lw11-110ii型号的断路器。其技术参数如下：断路器型号额定电压kv额定电流a 最高 工作 电压kv额定断流容量ka极限通过电流ka热稳定电流ka固有分闸时间s峰值3slw11-110ii110315012631.5100400.03热稳定校验：it2t qk it2t=402 3=4800（ka）2s 电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为：tk =0.15+0.03+0.04=0.22 qk 满足热稳定校验动稳定校验： ies=100kaish =18.41ka 满足动稳定校验，因此所选断路器合适。 具体参数如下表：计算数据lw11-110iiuns 110kvun 110kvimax 661.33ain 3150ai 7.22kainbr 31.5kaish 18.41kaies 100kaqk 18.04（ka）2sit2t 402 3=4800 （ka）2s5.2.2 主变压器侧断路器的选择imax =(1.05sn )/(un)=(1.0563000)/(110)=347.20 (a)额定电压选择：ununs=110kv额定电流选择：inimax=347.20a 开断电流选择：inbri”=7.22ka (d4 点短路电流)由上表可知lw11-110ii同样满足主变侧断路器的选择其动稳定、热稳定计算与母联侧相同5.2.3 进线侧隔离开关、母联断路器隔离开关的选择额定电压选择：ununs=110kv额定电流选择：inimax=661.33a 极限通过电流选择：iesish=18.41ka(d1 点短路电流)选用gw4-110d型隔离开关，其技术参数如下： 隔离开关型号额定电压kv额定电流a极限通过电流ka热稳定电流ka峰值4sgw4-110d110100062.525热稳定校验：it2tqk it2t=2524=2500 qk =14.08（ka）2s动稳定校验： ies=62.5kaish =18.41ka 满足动稳定和热稳定要求具体参数如下表：计算数据gw4-110duns 110kvun 110kvimax 661.33ain 1000aqk 14.08（ka）2sit2t 2524=2500 （ka）2sish 18.41kaies 62.5ka5.2.4 主变压器侧隔离开关的选择额定电压选择：ununs=110kv额定电流选择：inimax=347.20a极限通过电流选择：iesish=18.41ka(d4 点短路电流)由上表可知gw4-110d同样满足主变侧隔离开关的选择。其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。5.3 35kv侧断路器隔离开关的选择5.3.1 出线侧断路器、母联断路器的选择流过断路器的最大持续工作电流 imax =(2sn )/(un)=(263000)/(35)=2078.46(a)额定电压选择：ununs=35kv额定电流选择：inimax=2078.46a 开断电流选择：inbri”=7.64ka (d2 点短路电流) 选用sw4-35i型断路器，其技术参数如下：断路器型号额定电压kv额定电流a最高工作电压kv额定断流容量ka极限通过电流ka热稳定电流ka固有分闸时间s峰值4ssw4-35i35125040.51640160.08热稳定校验：it2t qk it2t=1624=1024（ka）2s电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为：tk =0.15+0.08+0.06=0.29 qk 满足热稳定校验动稳定校验： ies=40kaish =19.48ka满足动稳定校验，因此所选断路器合适。具体参数如下表：计算数据sw4-35iuns 35kvun 35kvimax 2078.46ain 1250ai 7.64kainbr 16kaish 19.48kaies 40kaqk 19.85 （ka）2sit2t 1624=1024 （ka）2s5.3.2 主变压器侧断路器的选择imax =(1.05sn )/(un)=(1.0563000)/(35)=1091.19(a)额定电压选择：ununs=35kv额定电流选择：inimax=1091.19a 开断电流选择：inbri”=6.12ka (d5 点短路电流)由上表可知sw4-35i同样满足主变侧断路器的选择。其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。5.3.3 出线侧隔离开关、母联断路器隔离开关的选择imax =(2sn )/(un)=(263000)/(35)= 2078.46 (a)额定电压选择：ununs=35kv额定电流选择：inimax=2078.46a 极限通过电流选择：iesish=19.48ka (d2 点短路电流)选用gw4-35dw型隔离开关，其技术参数如下：隔离开关型号额定电压kv额定电流a极限通过电流ka热稳定电流ka峰值4sgw4-35dw3512506331.5热稳定校验：it2t qk it2t=31.524=3969 qk=19.85（ka）2s动稳定校验： ies=63kaish =19.48ka 满足动稳定和热稳定要求具体参数如下表：计算数据gw4-35dwuns 35kvun 35kvimax 2078.46ain 1250aqk 19.85（ka）2sit2t 31.524=3969 （ka）2sish 19.48kaies 62.5ka5.3.4 主变压器侧隔离开关的选择imax =(1.05sn )/(un)=(1.0563000)/(35)=1091.19(a)额定电压选择：ununs=35kv额定电流选择：inimax=1091.19a 极限通过电流选择：iesish=15.61ka(d5 点短路电流)由上表可知gw4-35dw同样满足主变侧隔离开关的选择。其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。 5.4 10kv侧限流电抗器、断路器隔离开关的选择5.4.1 限流电抗器的选择由于短路电流过大需要装设限流电抗器额定电压选择：ununs=10kv额定电流选择：inimax=1.553ka imax=(s270%)/(un)=( 3842070%)/(10)=1.553ka 设将电抗器后的短路电流限制到i=20ka 将短路电流限制到要求值，此时所必须的电抗器的电抗百分值xl%按下式计算： ib=6.048ka =0.0765+0.183/0.183=0.0765+0.0915=0.168sb=110mva s”=ubi”=10.520=363.72mva选用xkk-10-4000-12型电抗器，其技术参数如下表：电抗器型号额定电压kv额定电流a电抗率动稳定电流峰值ka热稳定电流ka固有分闸时间s4sxkk-10-4000-1210kv400012%204800.17电压损失和残压校验当所选电抗值大于计算值时，应重算电抗器后短路电流，以供残压校验。=(0.121.553) 0.6/4=2.80%60%70%热稳定校验：it2t qk 电弧持续时间取0.06s，热稳定时间为：tk =2+0.17+0.06=2.23ish =91.77ka，满足动稳定要求 根据以上校验，所选电抗器满足要求 具体参数如下表：计算数据xkk10400012uns 10kvun 10kvimax 1553ain 4000aqk 2953.23 （ka）2sqk 8024=25600 （ka）2sish 91.77kaies 204ka5.4.2出线侧断路器、母联断路器的选择限流后i”=20ka，ish =2.5520=51ka 流过断路器的最大工作电流为：imax =(2s2 )/(un)=(238420)/(10)=4436.36(a)额定电压选择：ununs=10kv额定电流选择：inimax=4436.36a 开断电流选择：inbri”=20ka (加装限流电抗器后d3 点短路电流)选择sn410g/5000型断路器，其技术参数如下表：断路器型号额定电压kv额定电流a断流容量mva额定断流容量ka极限通过电流ka热稳定电流ka固有分闸时间s峰值4ssw4-10g/500010500018001053001200.15热稳定校验it2t=12024=57600 （ka）2s设后备保护时间为2s，灭弧时间为0.06stk =2+0.15+0.06=2.21s1s，因此不计短路电流的非周期分量 =2.21(12202)/12=884 （ka）2sit2t qk ，因此所选断路器满足热稳定要求动稳定校验： ies =300kaish=51 ka，满足动稳定要求 因此，所选断路器合适 具体参数如下：计算数据sn4-10g/5000uns 10kvun 10kvimax 4436.36ain 5000ai 20kainbr 105kaqk 884 （ka）2sit2t 12024=57600 （ka）2sish 51kaies 300ka5.4.3 主变压器侧断路器的选择imax =(1.05s2 )/(un)=(1.0538420)/(10)=2329.09(a)额定电压选择：ununs=10kv额定电流选择：inimax=2329.09a 开断电流选择：inbri”=29.82ka (d6点短路电流)由上表可知sw4-10g/5000同样满足主变侧断路器的选择。其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。5.4.4 出线侧隔离开关、母联断路器隔离开关的选择imax =(2s2)/(un)=(238420)/(10)= 4436.36 (a)额定电压选择：ununs=10kv额定电流选择：inimax=4436.36a 极限通过电流选择：iesish=91.77ka (加装限流电抗器后d3 点短路电流)选用gn1010t/5000200型隔离开关，其技术参数如下：隔离开关型号额定电压kv额定电流a极限通过电流ka热稳定电流ka峰值5sgn10-110t/5000-200105000200100热稳定校验：it2t qkit2t=10025=50000（ka）2s所以，it2t qk= 884 （ka）2s，满足热稳校验动稳定校验：ies=200kaish=51ka，满足校验要求 因此，所选隔离开关合适 具体参数如下表：计算数据gn10-10t/5000-200uns 10kvun 10kvimax 4436.36ain 5000aqk 884 （ka）2sit2t 10025=50000（ka）2sish 51kaies 200ka5.4.5 主变压器侧隔离开关的选择imax =(1.05s2)/(un)=(1.0538420)/(10)= 2329.09 (a)额定电压选择：ununs=10kv额定电流选择：inimax=2329.09a 极限通过电流选择：iesish=76.04ka(d6 点短路电流)由上表可知gn10-10t/5000-200同样满足主变侧隔离开关的选择。其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。5.5 电流互感器的选择电流互感器的选择和配置应按下列条件：型式：电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。对于620kv屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35kv及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。一次回路电压： 一次回路电流： 准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。二次负荷：动稳定：式中， 是电流互感器动稳定倍数。热稳定：为电流互感器的1s热稳定倍数。5.5.1 110kv侧电流互感器的选择主变110kv侧ct的选择一次回路电压： =110kv二次回路电流： =463000/3(un)=440.89a根据以上两项，初选lcw-110(600/5)户外独立式电流互感器，其参数如下： 电流互感器型号额定电流a级次组合准确级次二次负荷10%倍数1s热稳定动稳定准确等级0.513二次负荷倍数电流倍数电流倍数lcw-110600/50.51.22.4751500.5/111.241.215动稳定校验：=600150=127.28kaish=18.41ka满足动稳定要求热稳定校验：(im kt) 2 = (60075) 2 =2025 （ka）2sqk =14.08 （ka）2s, 满足热稳定要求综上所述，所选lcw-110(600/5) 户外独立式电流互感器满足要求。具体参数如下表：设 备项 目lcw-110(600/5)产品数据计算数据unug 110k