110kV电气部分设计

110kV变电所电气部分设计前言经过四年的专业课程学习，在已有专业知识的基础上，了解了当前我国变电站技术的发展现状及技术发展趋向，按照现代电力系统设计要求，确定设计一个110kV综合自动化变电站，采用微机监控技术及微机保护。在设计过程中，紧紧围绕毕业设计报告的要求，努力做到和所学的专业“发电厂及电力系统”紧密联系。在内容上，淡化繁琐的理论推导及设计论证，力争做到内容精练、重点突出、理论联系实践，努力反映本专业的新技术和新设备。本设计主要特点有：1、本设计的结构采用模块式，尽量使各章节之间、各知识点之间构成从易到难、循序渐进的逻辑体系。2、本设计内容层次清晰、循序渐进，力求将理论与实践相结合。3、本设计力求深入浅出，通俗易懂，版面设计图文并茂。4、本次设计的内容共分4章，主要内容包括：总的部分、电气一次部分、电气二次部分和光纤通信部分。中文摘要 本次设计的内容是110kV龙潮变电站，是一个综合自动化变电站。其中，主变压器2台，110kV配电装置采用PASS设备，户外布置。PASS MO是一种紧凑的多功能单元，由数量有限的组件组成。PASS MO由隔离开关、断路器和互感器组成，断路器室水平安装，组合隔离开关安装在每极的壳体里。接线方式采用单母线分段接线方式，远景共4回出线，本期3回。主变110kV中性点经隔离开关直接接触。0.4kV系统采用三相四线制、零线TNCS接地系统。监控系统采用双以太网组网，共配置10套以太网交换机，分别组屏布置在主控室及高压室。英文摘要 目录第一章 总的部分11.1 设计依据.11.2 设计范围.11.3 设计内容.1第二章 电气一次部分.22.1电气主接线.22.1.1 计算综合投资.32.1.2 计算年运行费.32.1.3 经济比较.3 2.1.4确定最佳方案.32.2 短路电流计算.3 2.3 主要设备的选择.42.4.1 110kV配电装置42.4.2主变中性点接地系统42.4.3 10kV配电装置.42.4.4 10kV电容器组.52.4.5 10kV小电阻接地装置.5 2.4.导体.52.5 站用电及照明动力.52.6 接地.5第三章 电气二次部分.63.1 概述.3.2 监控系统.3.3 #1、#2主变压器保护.3.4 110kV线路保护.3.5 110kV母联保护3.6 10kV3.7 GPS屏.83.8 UPS屏.83.9 直流系统.8第四章 光纤通信部分.94.1 继电保护的传输通道.94.2 系统调度自动化的传输通道.9附录I 电气一次设备汇总表.17附录II 系统接线图21附录III 防雷保护图.22附录IV 110kV进线或出线断面图.23后记.24参考文献25第一章 总的部分1.1设计依据1）本次设计依据变电站总布署设计技术规程、高压配电装置设计技术规程、交流高压断路器参数选用导则、交流电气装置的过电压保护和绝缘配合、110330kV变电所计算机监控系统设计技术规程及本专业各教材。2）国家和电力行业有关110kV变电站设计的标准、规程、规范及国家有关安全、环保等强制性标准。1.2设计范围站区生产及辅助生产系统的电气一次设备安装，电气二次通信及综合自动化装置。1.3设计内容110 kV配电装置#1、#2主变压器及其所有设备；10kV配电装置 I、II段高压开关柜；#1、#2主变低压进线侧母线桥母线；10kV无功补偿装置；接地变及站用变装置。主变中性点接地系统#1、#2中性点。二次通信及综合自动化装置。第二章 电气一次部分名称型号数量（台）安装位置主变压器SZ10-50000/1102高压场地干式变压器SC11-160/10.5210kV接地变隔离开关GW13B-72.5W/630主变本体接地隔离开关CR12-MH25电流互感器LRB-60主变电压互感器TEMP-1109避雷器Y10W1-108/268W6主变支柱绝缘子ZSW1-110/106主变消弧线圈DKSC-400/10.5高压室悬式绝缘子串LXHY5-70管形母线LDRE-100/902.1电气主接线2.1.1计算综合投资Z=Z0（1+/100）（万元）其中一般取90。2.1.2计算年运行费U=A+U1+U2（万元）其中U1一般为（0.0220.042）Z U2一般为（0.0050.058）Z 电能电价,即每千瓦.时电的平均售价，可参考采取各地区的实际电价A主变压器每年的电能损耗，KW.h三绕组变压器n台同容量并联运行,有1） 容量比为100/100/100、100/100/50时A=（电气运行书P273）式中S1、S2、S3n台变压器第一、二、三侧所承担的总负荷，KV.A；S3第三绕组的额定容量，KV.A2） 容量比为100/50/50时A=2.1.3经济比较1）静态比较法抵偿年限法：T=（Zj-Zy）/（Uj-Uy） 年计算费用法：Ci=Zi/T+Ui根据当前国家经济政策，规定以年为限。2)动态比较法AC=Or0(1+r0) /(1+r0) -1+U式中AC年费用（平均分布在m+1到m+n期间的n年内），万元 O折算到第m年的总投资，万元 U折算年的运行费，万元其中 O=U=2.1.4确定最佳方案费用可靠度 经济曲线从图中的各曲线可见：若可靠度要求越高，则投资Z将增加，但由于可靠性高了，故障引发的损失减小了，所以，维护费可减少，同时备品备件也可适当减少。若可靠度低，虽然造价Z降低，但因质量差，易造成事故损失，使维修费、备品备件增多，总费用增加。 因而，一般选取ab段比较合适，因为增加不多的资金却可获得相当的技术，这正是所求的。本期改造110kV接线方式采用单母线分段接线方式，远景共4回出线，本期3回。主变110kV中性点经隔离开关直接接触。10kV远景共30回出线，本期20回出线。采用单母线四分段接线，在I、IIA段母线以及IIB、III段母线之间装设分段断路器，#2主变10kV侧分段至10kV IIA、IIB段母线。2组接地变分别接到10kV I、IIA段母线上，2组站用变分别接到10kV I、IIB段母线上。10kV无功补偿装置远景共设6组5000kVar电容器组，分别接到10kV的四段母线上，本期装设4组，分别接于10kV I、IIA、IIB段母线上，每台主变配置2*5000kVar电容器组采用単星形，单电抗器前置的接线，设自动投切装置，10kV中性点经小电阻装置接地。2.2短路电流计算短路电流的计算有有名值法和标么值法1) 有名值法2) 标么值法计算水平年：2015年基准功率：100MVA基准电压：115kV根据2015年系统阻抗值，按照3*50兆伏安主变容量，高压侧并列运行，低压侧分列运行，计算各电压母线上的短路电流，结果如下：短路电流计算结果见下表： 短路点位置短路点平均工作电压短路电流周期分量起始值稳态短路电流有效值短路电流冲击值短路全电流最大有效值短路容量U（kV）I(kA)I(kA)ich(kA)Ich(kA)S(MVA)110kV母线1159.4739.47324.15614.399189510kV母线10.522.44522.44557.23534.116408.2注：表中ich=2.55I”，Ich=1.52I2.3主要设备的选择2.3.1 110kV配电装置（1）主变压器根据“35110kV变电所设计规范”，确定变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。在有一、二级负荷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。具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器的15以上，主要变压器宜采用三线圈变压器。 由于我国电力不足、缺电严重、电网电压波动较大。变压器的有载调压是改善电压质量、减少电压波动的有效手段。对电力系统，一般要求110kV及以下变电所至少采用一级有载调压变压器，因此城网变电所采用有载调压变压器的较多。本变电所主变压器容量最终规模为3X50MVA，本期为2X50MVA，为便于少人值班管理，主变压器选用油浸式风冷有载调压型，型号为SZ10-50000/110，额定电流为262.4A，短路阻抗：14.19%，接线方式采用星三角，电压等级为11022.5/38.2/10.5kV，接线组别选用Y N，d11常规接线。110 kV侧有载调压开关采用十七档分接头。(2) PASS设备110kV配电装置采用PASS设备，PASS设备包括：断路器、隔离开关、互感器。PASS MO是一种紧凑的多功能单元，由数量有限的组件组成。PASS MO由3个独立的开关极组成，断路器室水平安装，组合隔离开关安装在每极的壳体里。BLK222型操动机构控制3个极，BES7（F）型操动机构控制组合隔离开关。为了与架空线和母线系统相连，在断路器输入/输出端，装有SF6气体作内绝缘的硅橡胶绝缘套管。根据设计要求套管上还可以安装带有抽头的多变比电磁式电流互感器。所有设备组装在两个支撑架上。 110kV断路器额定电流2500A,额定开断电流40kA。110kV隔离开关额定电流2500A,热稳定电流40kV。110kV套管式电流互感器出线间隔及主变进线间隔变比为2*400/1A,绕组级别为5P30/5P30/0.5/0.25s，母联间隔变比为2*600/1A，绕组级别为5P30/5P30/0.5/0.2s。110kV母线电压互感器采用TEMP110IU加高型，不带载波，电压比为110/3:0.1/3:0.1/3：0.1kV,二次绕组级次组合0.2/0.5/3P，150/150/150VA。 110kV线路电压互感器采用TEMP110IU加高型，电压比为110/3:0.1/3；0.1kV 次绕组级次组合0.5/3P， 150/100VA。110kV线路及主变进线侧避雷器采用交流无间隙金属氧化物避雷器，型号为Y10W1-108/268W，附在线监测仪。110kV母线间隔隔离开关采用CR12-MH25型，额定电压110kV，额定电流2500A，热稳定电流：40kA，双接地。2.3.2主变中性点接地系统主变高压侧中性点为大电流接地系统，中性点绝缘水平63kV,本期套管引出后经隔离开关，避雷器2个分支落地。本期#1、#2主变中性点隔离开关采用GW13B72.5W/630型，额定电压72.5 kV额定电流630A，热稳定电流31.5 kA/3s；避雷器采用交流无间隙金属氧化物避雷器Y1.5W73/200型，放电电流1.5kA，额定电压73kV，避雷冲击峰值电流残压200kV，主变中性点电流互感器变比改为100300/1A5P302.3.3 10kV配电装置本期10kVI、II段高压开关柜采用XGN2B12（2）型固定式金属封闭高压开关柜，户内双列布置，单母线分段接线，主变10kV侧母线分段开关柜额定电流4000A，动稳定电流40kV（4S）；馈线、电容器、接地变回路额定电流1250A，动稳态电流31.5kA（4S）。主变10kV侧采用绝缘铜管母线架空进线，馈线、电容器、接地变回路均采用电缆出线。本期#1、#2主变低压进线侧采用绝缘铜管母线架空进线，绝缘铜管母线额定电压12kV，额定电流4000A。2.3.4 10kV电容器组集合式并联电容器组4组，单Y型接线，电抗器前置，电容器后置。电容器组串接的电抗器采用GKDK10/1006型干式空心串接的电抗器；电抗器组中性点引出后经四极隔离开关接地。10kV电容器组露天布置，电抗器采用三相叠装式安装方式。2.3.5 10kV小电阻接地装置小电阻接地装置采用成套设备，箱式安装，布置于10kV配电装置室，成套设备包括：干式接地变压器DKSC400/10.5，额定容量400kVA，额定电压10.52.5%kV；连接组别ZN，零序阻抗（Z0）9接地电阻柜ZGNGR10.540010，额定电压10.5/3Kv，短时允许电流400A（10s）,电阻器直流电阻162.3.6消弧线圈因该变电站位于城郊，10kV出线，所内部分为电缆，所外部分为架空，单相事故时电容电流有可能较大，根据实测电流决定是否装设消弧线圈。本方案按装消弧线圈考虑，预留位置。该所主变压器为Ynd11接线，10kV侧为三角形接线，无中性点引出，结合本变电所的所有供电，在10kVII段母线上设置一台接地（曲折）变压器用于引接消弧线圈1台，同时从其次线圈引接所有电源。消弧线圈的调节，采用微机自动跟踪补偿装置。2.3.7导体110Kv母线采用锰铝合金管型导体LDRE100/90，其长期允许载流量为2485A。主变110kV进线采用钢芯铝绞线LGJ-300/40；母联分段间隔采用钢芯铝绞线LGJ-400/50；主变压器10 Kv侧额定电流为2887A，母线采用绝缘铜管母线，额定电流4000A。10kV开关柜内母线采用TMY-3（100*10），柜内连接可按经济电流密度为1.62A/mm2计算截面。2.4站用电及照明动力站用电系统由10kVI、IIB段母线开关柜上的#1、#2站用变供电，容量为160KVA， #1站用变接于10KvI段母线，#2站用变接于IIB段母线。站用变型号为SC11-160/10.5，电压等级为10.52*2.5%/0.4，容量为160kVA，接线组别Dyn11,阻抗值Ud=4%，互为热备用。站用低压系统采用单母线接线，两台站用变采用“备用电源自动投入”装置，采用GQH型低压开关柜3面，置于综合楼继保室内。0.4kV系统采用三相四线制、零线TNCS接地系统。站内照明按一般照明设计，其正常照明的照度按各工作场所分别对待：当正常照明因故障熄灭后，由事故照明装置供电各事故照明回路电源。事故照明装置设置的容量：直流电源容量满足维持事故照明2h以上。室内照明回路采用明敷，照明灯具一般采用套装荧光灯。继保室、10kV配电装置室分别安装照明箱、动力配电箱及检修电源箱，水泵房安装动力箱，警传室安装照明配电箱，110kV场地、主变压器场安装检修电源箱。2.5接地本工程的接地网以水平接地体为主，辅以垂直接地体组成复合接地网。各构避雷针、避雷器附件均设有集中接地装置。为防止发生反击，避雷针与被保护物体之间空气间隙不小于5m；避雷针的接地装置必须与主接地网至少两点连接。在接地施工中，接地网与电缆交叉处不应被截断，也不得接入电缆沟内，应将接地扁钢从电缆沟以下穿越连通，设备的接地引下线不得接入电缆沟内。第三章 电气二次部分3.1概述二次回路参数：直流电压110V，交流电压380/220V，电流互感器二次电流1A，电压互感器二次电压110V。3.2监控系统监控设备具体配置如下：监控工作站采用NSA3000型监控系统1套，布置在操作台上。微机五防工作站采用NSA3000型五防系统1套，布置在操作台上。保信系统采用NSA3100D型嵌入式装置1套，独立组屏布置在主控室。远动工作站采用NSA3100D型嵌入式装置1套，双机互为热备用，独立主组布置在主控室。监控系统以交流采样方式采集变电站运行维护所需要的电气模拟量，采集主接线图上所有断路器、隔离开关和接地刀闸的位置，断路器操作机构信号，线路、元件保护信号，变电站各回路的电度量，直流电压及电流，消防报警信号。3.3 #1、#2主变压器保护主变保护由南京电研公司生产的NSA3171差动保护，NSA3161非电量保护，NSA3181高后备保护及NSA3182低后备保护组成。主保护与后备保护分别接CT的不同绕组。#1、#2主变压器保护装置各组一面屏主保护：微机型纵差保护和一套本体非电量保护构成，保护变压器内部及套管相间故障、接地故障、匝间故障。后备保护：110kV、10Kv侧均装设复合电压过流保护，作为主变内部和外部相间短路的后备保护。110kV侧装设零序方向电流保护，作为主变内部和外部接地故障的后备保护。此外，110kV侧装设了间隙零序过流保护，零序过电压保护。3.4 110kV线路保护110kV椹龙甲线、椹龙乙线保护采用南京南瑞公司生产的RCS-943A型微机保护装置，光纤纵差保护装置用作110kV输电线路的主保护。配置完整的三段相间和接地距离保护，四段零序方向过流保护为后备保护；配有三相一次重合闸功能，装置配有跳合闸操作回路。110kV椹龙甲、乙线配置南京电研公司的线路备自投装置NSA3152A一套，与10kV分段备自投装置NSA3152A（含主变备自投装置）共组一屏放置与主控室。保留原110kV金龙线光纤电流差动保护装置，更换部分插件，使其参数更换为DC：110V，二次电流：1A。3.5 110kV母连保护110kV母连配置南京电研公司的NSA3112保护装置（带操作箱），与110kV母连测控装置共组一面屏。3.6 10kV部分保护测控装置10kV部分采用保护测控一体化装置，部分为南京电研公司产品，安装与10kV开关柜。10kV线路采用NSA3112微机型低压闭锁速断、过流保护、零序接地过流保护装置，并具有低周减载及重合闸功能。10kV电容器采用NSA3131A微机型过压、失压保护、过电流保护、零序接地过流保护及不平衡电压保护装置。10kV接地变采用NSA3121A微机型速断、过流及零序过流保护装置，保护动作第一时限跳10kV分段断路器，第二时限跳本线断路器，第三时限跳主变低压侧断路器。10kV站用变压器采用NSA3121A微机型速断、过流及零序过流保护装置。10kV分段采用NSA3112微机型电流过流保护装置。3.7 GPS屏全站监控系统，保护装置和其它需对时装置共用一套深圳双合公司生产的2006C型GPS对时装置，此装置冗余配置，其中主时钟组屏安装于主控制室内；扩展时钟组屏安装于高压室。GPS对时精度误差小于1ms，其与系统内各装置的对时可采用硬对时，也可采用软对时或混合对时方式，但必须满足对时精度。3.8 UPS屏交流不停电电源采用深圳奥特迅公司产品，独立组屏布置在主控制室，为全站自动化系统、火灾报警装置等重要负荷提供不间断电源。UPS电源系统由一套在线式逆变电源组成，能够保证站内重要负荷的供电可靠性。容量为3kVa.3.9直流系统本站采用广州泰坦凯立电气科技有限公司的高频开关电源110V，容量300Ah,共组4面屏布置在主控室。系统采用双充电机双电池组，单母线分段接线，每段母线各待一组免维护蓄电池组和充电模块，合闸母线与控制母线合一，两段母线设有母连开关，且母连开关和母连进线开关设有连锁，以防止两组蓄电池并列。直流监控系统通过通信口与站内监控系统相连。蓄电池采用江苏双登电源有限公司产品，布置在专用蓄电池室。第四章 光纤通信部分4.1继电保护的传输通道4.1.1 利用本期变点站改造后，至金湾站16芯的OPGW光缆，就能满足龙潮站金湾站一回线路的专用光纤通信要求；4.1.2 利用本期变点站改造后，至赤砍营配24芯的管道光缆和至湛江局的24芯管道光缆，就能满足龙潮站椹北站两回线路，保护对每回线路的一路复用光纤通信要求。4.2系统调度自动化的传输管道4.2.1远动自动化：龙潮变电站至湛江地调调度自动化系统采用两路不同物理路由的64kbps专线通道（4WE/M口）传送远动信息，互为备用；4.2.2遥视通道：龙潮变电站至湛江地调遥视主站系统采用一路2M通信传送图像信息，通信接口为E1口。附录一 电气一次设备序号产品名称型号及规格单位数量备注1主变压器 SZ10-50000/110台2额定电流：262.4A短路阻抗：14.19%接线方式：星三角调压方式：有载调压冷却方式：ONAN2PASS组合电器PASS MO ，外绝缘爬距3906mm，包括：台5线路、主变间隔（1）断路器：110kV，2500A，40kA（2）隔离接地组合开关：110kV，2500A，40kA（3）电流互感器：2*400/1A,5P30/5P30/0.5/0.25s30VA/30VA/30VA/30VA，测量及计量级带中间抽头3PASS组合电器PASS MO ，外绝缘爬距3906mm，包括：台1分段间隔（1）断路器：110kV，2500A，40kA（2）隔离接地组合开关：110kV，2500A，40kA（3）电流互感器：2*600/1A,5P30/5P30/0.5/0.5s30VA/30VA/30VA/30VA4110kV隔离开关CR12-MH25，2500A，40kA/3s组2母联PT间隔单柱，水平中心断口式，双接地三相联动操作相间距离2.0m，外绝缘爬距3906mm5电容式电压互感器TEMP-110 IU 加高台6母线设备110/3:0.1/3:0.1/3：0.1kV0.2/0.5/3P，150/150/150VA分压电容0.2uF，不带载波单相、户外全封密一体式外绝缘爬距3906mm6电容式电压互感器TEMP-110 SU 加高台1出线110/3:0.1/3：0.1kV0.5/3P，150/100VA分压电容0.1uF单相、户外全封密一体式外绝缘爬距3906mm710kV并联电容器YBB10-5000/5000-AKW 10kV，5000kVar，含：套4并联电容器：BAMH11/3-5000-1*3W 1台氧化锌