110kV变电站初步设计典型方案

1、第一章系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 110/35/10KV。以110KV双回路与56km 外的系统相连，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 3500MVA，其电抗为 0.455;在最小运行方式下其容量为 2800MVA，其电抗为0.448。（以系统容量 及电压为基准的标么值），系统以水容量为主。1、35KV负荷 35KV出线四回、容量为 35.3MVA其中一类负荷两 回，容量为25MVA；二类负荷两回，容量为10.3MVA2、10KV负荷 10KV出线七回、容量为21.5 MV

2、A,其中一类负荷两 回、容量为6.25 MVA，二类负荷三回、容量为 11.25MVA二、三类 负荷有一回，容量为4MVA3、同时率负荷同时率为85%线损率为5%COS书=0.8。35KV 10K V负荷情况表表1-1电压等级负荷名 称容量(MVA)负荷类 型线路类型距离(KM )35KV水泥厂6. 3n20氮肥厂4. 0n18铝厂10. 0i17铁合金 厂15. 0i1510KV自来水 厂5n架空1糖厂4i架空1. 5医院1 . 25i电缆、直 埋1. 2:电灌站1出架空2机床厂3. 5n架空1:棉纺厂3. 75n架空1. 5市政用 电3n、川电缆、沟 中1. 0第二章 电气主接线方案第一节

3、 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 110KV 线与系统连接， 故 110KV 电压等级为两回出线。 35KV 及 10KV 电压等级分别为 4 个和 7 个，由 于I类负荷的供电可靠性要比U、川类负荷要高得多，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

4、) 、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，35KV 10K V出线均有一类负荷，应设有双电 源供电；为了提高供电可靠性、同时节省投资、减少占地面积，110KV 、35KV、10K V母线均采用单母线分段；配电装置用外桥形接线。两个方案中 110KV 进线、 10KV 出线侧相同，不同的是方案一采用两台 31.5MVA的三卷变压器、35KV侧使用了 7组断路器；方案二采用了两台31.5MVA 的双卷变压器加两

5、台6.3MVA的双卷变压器、35KV侧使用了 9组断路器。主接 线候选方案如下图所示：4110KV一n0B1A B2f10KVHil11 !?MB3!3SKV 1 11系藪mm电气述践方襄二电气主接纭方棗一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

6、主要比较两个方案中选用设备的不同部分（万元）Z = Z0（ 1+ 而）其中：Zo -主体设备的综合投资a -不明的附加费用比例系数；110K V变电站取90方案一每台主变160万元、35KV断路器和刀闸每组约5.5万元Z0 = 570（万元）Z = 1083（万元）万案二 Z0 = 760（万元）Z = 1444（万元）2）、年运行费用UU=a-4A X 10 + U 1 + U 2（万元）其中U1 -小修维护费，取0.042 Z ;U2 -折旧费， 取 0.058 Z ;a -电能价格，暂定按每千瓦时0.4元计算; A -变压器年电能损耗总值，Kwh方案一 A = 2520000（KwhU=

7、 209.1（万元）方案二 A = 4752000（KwhU = 334.5（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35KV 10KV两个电压等级用户，35KV 10KV的最大负荷分别为:Sb5 = 35.3 MVA ； S10 =13.76 MVA；负荷同时率 Ki = 0.85 ;线路损耗K2 = 1.05 ;最大综合负荷分别为：S35zmax= K iK2S 35

8、 = 0.85X 1.05X 35.3=31.51(MVA)Si0ZMAx= K 1K2S10 = 0.85X 1.05X 21.5 =19.19(MVA)由于一般电网的变电站约有 25%勺非重要负荷，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%勺能力, 可保证对84%负荷供电，故每台变压器的容量按下式选择：Se = 0.6 ( S35ZMAX+ S 10ZMAX)Se = 0.6 X ( 31.51 +19.19 ) = 30.42 MVA按计算可选择每台变压器容量为 26MVA但考虑到510年的负荷发展容量， 单台变压器的容量确定为31.5MVA3

9、、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鸠上，故选用三绕组变压器，型号为 SFS7-31500/110。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110KVU用各级的平均额1用标么值进行计算，基准容量 S = 100 MVA，基准电压 定电压，电抗标么值计算如下：1、变压器电抗SX 一Se_Ud %X*1-2 100其中Ud1-2 % = 10.5U11-3 % = 181BKVU12-3 % = 6.5Se1-3Se2-3 = 31.5 MVAX*1-

10、2 =Ud1-2 %100Sx 一Se10.5100硕X 点=0.333X1-3Udi-3 %100SjX SZ18100100X 31T = 0.571X2-3U2-3 %1006.5100100X 乔=0.206X *1X1-2 + X *1-3 - X2*2-30.333+0.571-0.206 = 0.349X*2X1-2 + X *2-3 - X *1-320.333+0.206-0.571=-0.016通常认为X = 0、，X*1-3 + X *2-3 - X *1-2X*3 =20.571+0.206-0.333=0.2222、线路电抗：X =Uj等值电抗图其中：X) 线路每相每

11、公里电抗值，取 X)= 0.4 Q /KML - 线路长度56 KM1）、110K V 线路:X* =0.4 x 56 x 1001152= 0.1692）、35KV线路:X*-水泥厂 =X L 301 Sj2 -Uj20.4 x 20x 1002 372:0.584XX L 302 Sj0.4 x 18x 100:0.526*-氮肥厂=2 -Uj22 372XX)L 303 Sj0.4 x 17x 100=0.497*-铝厂Uj2=37-XX L 304 Sj0.4 x 15x 100=0.438*-铁合金 2 二Uj2=3723)、10K V线路:X-自来水=X L 901 S j0.4

12、x 1x 100=0.363Uj210.52X-糖厂=X) L902 S j0.4 x 1.5 x 100=0.5442 Uj2210.5X*-医院=X L 903 Sj0.4 x 1.2 x 100=0.4352 Uj210.52X*-电灌站 ：X0 L 904 S j= 2 =Uj20.4 x 2x 100210.520.726XX L 905 S j0.4 x 1 x 100=0.363*-机床厂：-Uj2=10.52XX0 L 905 S j0.4 x 2.4 x 100 小*-棉纺厂：-Uj2一10.52=0.8/1X *-市政X0 L 906 Sj0.4 x 1 x 100=0.3

13、632 Uj22 10.52其中：Xs 为系统电抗；Xs mas 0.448,Xsmin= 0.455Ss 为系统容量,Ss mas = 3500MVA, Ss min = 2800Xs mas S j0.448 X 100Xs*max =Ss =3500=0.013Xs Sj3、系统电抗：Xs* =SsXs* minXs min S jSs=0.0160.455 X 1002800系统的正序阻抗（标么值）图如下:4/0.3491/0.013(0.016)2/0.1693/0.16910KVJ7/08/0亠 5/0.34935KV6/0.2226/0.22210KV1）、d1点三相短路在di点

14、三相短路时短路点总电抗为系统最大运行方式0.169Xs= 0.013 += 0.098系统最小运行方式Xs= 0.016 + 0.169 = 0.1852）、d2点三相短路在d2点三相短路时短路点总电抗为系统最大运行方式Xe = 0.013 +0.169+20.3492=0.273系统最小运行方式Xe= 0.016 + 0.169 + 0.349 = 0.5343）、d3点三相短路在d3点三相短路时短路点总电抗为系统最大运行方式0.169+0.349+0.222Xe= 0.013 += 0.383系统最小运行方式Xe= 0.016 + 0.169+ 0.349 + 0.222 = 0.756

15、4、电源计算电抗:1）、d1点三相短路di点三相短路时短路点计算总电抗为系统最大运行方式XjS =冷SsSj0.098 X 3500100=3.43系统最小运行方式Xjs =0.185 X 2800100=5.182 ）、d2点三相短路d2点三相短路时短路点计算总电抗为:系统最大运行方式化Ss0.273 X 3500Xjs = c=9.555s100系统最小运行方式化Ss0.534 X 2800Xjs = c=14.952s1003）、d3点三相短路d3点三相短路时短路点计算总电抗为:系统最大运行方式Xjs =_ 0.383 X 3500= 100=13.405系统最小运行方式Xjs =_ 0

16、.756 X 2800= 100=21.168第二节短路电流计算以供电电源为基准计算电抗 Xs 3时，不考虑短路电流同期分量的其中：I *Z 短路电流周期分量的标么值；I * 0秒短路电流周期分量的标么值；I * O -时间为O短路电流周期分量的标么值;X刀电源对短路点的等值电抗标么值；I*Z* CO X*刀d2点短路电流d2点短路时的短路电流:衰减:1、I *Z = I *CO1 1= 3.945= 0.253有效值:SjS3 Uj1500=23.41X 372、d3点短路电流:=0.253X 23.41 = 5.923 (KA)d3点短路时的短路电流:I *Z =ICO156? = .17

17、8有效值:Ss3 U j15003 X 10.5 = 82.48Z = I * I j = 0.178X 82.48 =14.68 (KA)3、d1点短路电流:由于Xs v3,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XjS值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I *t = 0 时，I * = I * = 0.772按式 I = I * I eI e 电源的额定电流KASeI e = l3 U e15003 x 115=7.531 (KA)I = I * I e = 0.772 x 7.531 = 5.814 (KA)I = I = 5.8

18、14 (KA)4、短路冲击电流i ch = 2 Kch I” = 2.55 Id1点短路时:ich -=2.55I :=2.55x 5.814 =14.83(KA)d2点短路时:i ch =2.55I =2.55x 5.923 =15.1(KA)d3点短路时：i ch =2.55I =2.55x 14.68 =37.43(KA)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，110KV断路器选用六氟化硫断路器、35KV和10KV 断路器选用真空断路

19、器。1、断路器选用的技术条件:1）、电压ug I gMAX所选择的导线截面满足最大工作电流的要求 35KV母线：综合负荷为S35ZMAX = 31.51MVA母线最大工作电流为I gMAX=SzMAX3 Ue31.51=VH= 520（A）Iy为环境温度为+250C时导体长期允许载流量，由相关资料查出:LGJ-300导线在导体最高允许温度+700C时I y=690A,在导体最高允许温度+800C时 Iy=755A Ko 同上Ko * Iy = 0.83X 755= 626.65AKe * Iy I gMAX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110K V母线应满足其中：C为

20、热稳定系数，铝母线时C = 87 ；t dz=1.75.27KAt dz为短路电流发热等值时间，由以上算得I氏为稳态三相短路电流，由以上算得I C35KV母线应满足Smin =5.27 X . 1.78T-论2mmSmin V S热稳定校验符合要求SSmin :I x lt dz=C其中：C为热稳定系数，铝母线时C = 87 ;tdz为短路电流发热等值时间，由以上算得I比为稳态三相短路电流，由以上算得I Xt dz=2.55=5.718 KASmin5.718 X 2.55=87=104.92mmSmin V S热稳定校验符合要求2、硬母线10KV配电装置设计为户内式，故母线选用硬母线。1)、

21、按最大持续工作电流选择母线截面应满足I gMAX W Ke* I y ；10KV的综合最大负荷为Smas=21.5(MVA)Smas19.19I g.max = = =1060 （A）X U #3 X 10.5以上计算得：I gMAX=1060 A ,由相关资料查得：选用单条平放 80X 10矩 形铝导体的长期允许载流量I y = 1411 A , Ke = 0.83 ,则有K e * I y = 1411 X 0.83 = 1171.13 AK e * I y I gMAX所选导体截面符合最大工作电流的要求。2）、热稳定校验oomin14誤41.75 = 220 mm2Smin V S热稳定

22、校验符合要求。应满足应满足3）、动稳定校验式中：a y -母线材料的允许应力，硬铝 a y = 69 X 106 PaCT maxWb y（7 max-作用在母线上最大应力，对单条矩形母线有2Pa.2 匹 -8(X max =1.73 i chX 10a Wi ch-短路冲击电流，i ch = 36.806 KAL-支持绝缘子间的跨距，L=1.2 m2W-截面系数，对单条平放时 W= 0.167 bhb-母线厚度，（mh-母线宽度，（ma -母线相间距离，a = 0.25 mB -振动系数，B =12(T max = 1.73 x 36.80621x 1.2-8x2 x 100.25 x 0.

23、167 x 0.0063 x 0.063210=32.33 x 106PaT max V T y动稳定校验符合要求。故先用80 x 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ZB-10型支持绝缘子，其主要技术参数如下: 额定电压：10KV户内式抗弯破坏允许荷重：Fp =0.6 x F =0.6 x 7335=4401(N)绝缘子计算荷重：Fmas =f x l mas=970x 1.734=1682(N)因绝缘子计算荷重小于 ZB-10型支持绝缘子允许荷重，故动稳定合 格。第四节10KV电缆选择与校验变电站10K V医院及市政用电出线是电缆出线，故应进行10K V电缆选择

24、与校验。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SS医院1250I gmax = -: = = 68.73 A寸3 UeV3 x 10.5T mas=5130小时，电缆直埋地下，地壤温度为 25C,查经济电流密度表,当 t mas=5130小时，J=1.54A/mmS=gmaxJ=68.73= 1.542=44.63mm拟选用10KV普通粘性浸油纸绝缘三芯(铝)电力电缆，缆芯截面为50 mrhI y25 C = 130A2. 按长期发热允许电流校验当土壤温度为25C，可由手册查表求得电缆载流量的修正系数为Ke =1,电缆的载流量为：I y25 C = Ke I y25C =13

25、0AI y25C =130A I gma= 68.73 A3、热稳定校验应满足ooC,t dz式中： C= 95t dz -短路电流发热等值时间，只考虑速动保护动作，设断 路器跳闸时间为0.1、保护动作时间为0.1 ； t =0.1+ 0.1 = 0.2 秒，B = 1,查参考资料图52得：t z = 0.17秒, t dz = tz + 0.05 B = 0.22 秒；取d3点短路电流值：I o =14.434 (KA)；Smin =嘗 0.22 = 702mmSV Smin ,原所选缆芯截面不满足热稳定校验的要求,2重新选取S = 95 mm缆芯截面的电缆。5、按允许电压降校验 U% ；3

26、 丨 g:P L X 100 w 5 %Ue S其中：2p -电阻率，取 p =0.029 Q mm/m ；应满足l-电缆长度，(Km； U%3 X 68.73 X 0.029 X 1.2 X 100310.5 X 10 X 95=4.38% U%5 %电压降校验符合要求。二、市政用电线路1按经济电流密度和最大持续工作电流选择截面SS市政3000I gmax = = =164.96 A寸3 Ue冷3 X 10.5T mas=5130小时，电缆埋沟中，地壤温度为 25C,查经济电流密度表,当 t mas=5130小时，J=1.54A/mmS=gmaxJ164.961542=107.12mm拟选用

27、10KV普通粘性浸油纸绝缘三芯（铝）电力电缆，缆芯截面为120mmI y25 C=215A2.按长期发热允许电流校验当土壤温度为25C，可由手册查表求得电缆载流量的修正系数为Ke =1,电缆的载流量为：I y25 C = Ke I y25C =215AI y25C =215A I gmaX= 107.12A3、热稳定校验应满足SSminI to式中：C= 95t dz -短路电流发热等值时间，只考虑速动保护动作，设断 路器跳闸时间为0.1、保护动作时间为0.1 ； t =0.1+ 0.1 = 0.2 秒，（3 = 1,查参考资料图52得：t z = 0.17秒, t dz = tz + 0.0

28、5 3 = 0.22 秒；2mm取ds点短路电流值：I - =14.434 (KA);Smin =許皿=705、按允许电压降校验应满足13 I gmax P L U%Ue S其中： p -电阻率，取 p =0.029 Q mrh/m；l- 电缆长度，(Km；z 寸3 X 107.12 X 0.029 X 1 X 100 U%=3= 4.27%310.5 X 10 X120 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 护之用。电压互感器可在1.1倍额定

29、电压下长期运行，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4-13的规定。电压互感器误差限值表表4-13准确级次比差值（%相位差（分）0.5 0.5 201 1 403 3不规定电压互感器参数选择应符合表 4-14的要求。电压互感器参数选择表4-14项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。35110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互

30、感器， 电压互感器 用于电度计量，准确度不应低于 0.5级；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、110KV电压互感器：根据以上电压互感器的选用条件，选择 110KV电压互感如表4-15所示。 选用的110KV电压互感器技术数据表 4-15型 号额定电压（V）额定容量（VA）极限 输出（VA）联结组备注一次 绕组二次绕 组剩余 电压 绕组1级3级JCC1- -11011000010010050010002000I，i0,i0油浸式2、35KV电压互感器:根据以上电压互感器的选用条件，选择 35KV电压互感如表4-16所示:选用

31、的35KV电压互感器技术数据表 4-16型 号额定电压（V）额定容量（VA）最 大 容 量V A联结组备注一次线 圈二次线 圈辅助线 圈0.5级1级3级JDJJ35000100100201/1/1-1油浸 式、二-35150250600002-12台成套 使用配RW9-353、10KV电压互感器:根据以上电压互感器的选用条件，选择10KV电压互感如表4-17所示选用的10KV电压互感器技术数据表 4-17型 号额定电压（V）额定容量（VA）（cos =0.8）最大 容量VA联结 组备注一次 线圈二次线 圈辅助 线圈0.5级1级3级JDZJ-1010000100100帀40601503001/1

32、/1-12-12单相三 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1.1倍额定电流下长期工作，不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4-18的规定。电流互感器参数选择应符合表 4-19的要求。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，电流互感器误差限值表表 4-18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）0.510 1.0 6020 0.75

33、50100120 0.5 40110 2.0 12020 1.5 100100120 1 80350120 3不规定1050120 10不规定电流互感器的参数选择表 4-19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、机械何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

34、同的二次绕组，否则应 采取措施，避免相互影响。35 KV屋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。35KV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电动机流互 感器，常用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1作电流大3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、110KV电流互感器：根据以上电流互感器的选用条件，选择 110KV电流互感如表4-20所示:电流互感器技术数据表 4-20型号额定电流比（A）二次组合准确级二次额定输 出（VALCWD-1102X

35、502 X 600/5D/D2/0.50. 5D30、50D22、35KV电流互感器：根据以上电流互感器的选用条件，选择 35KV电流互感如表4-21所示电流互感器技术数据表 4-21型号额定电流比(A)二次组合准确级二次额定输出 (VALCW35W800/50.5/D0. 5D403、10KV电流互感器：根据以上电流互感器的选用条件，选择 10KV电流互感如表4-22所示。电流互感器技术数据表 4-22型号额定电 流比(A)二次组合准确级二次额定输 出(VALZZJ-10800/50.2/0.2;0.5/0.50. 2100.2/0.50.5第七节10KV高压开关柜选择根据变电站总体布置方案，10K V采用户内式配电装置，10K V高压开关柜选 用“五防”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；)，从电气和机械联锁上采取具体措施，实现安全操作程序化，提高可靠、安全性能。10K V是采用单母线分段的主结线结构形式，所以主要选用GG- 1A型固定式户内高压开关柜如下：主变进线：采用2面GG- 1A ( F)I /04柜架空线出线：采用5面GG- 1