kV变电站电气设计

1、山东电力高等专科学校题 目： 110kV 变电站设计专 业： 发电厂及电力系统学生姓名： 指导教师：摘要变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经 济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气 主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂 *0.8/40000=0.80.15中压侧：K2=25000*0.8/40000=0.50.15低压侧：K3=15000*0.8/40000=0.30.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组故选择三相三绕组有载调压降压变压器，其型号及参数如下：型号 SFSZ940000/110额定 容量 K

2、VA)额定电 压kv)连接组别空载 损耗 kw )负载 损耗 kw)空载 电流 %)阻抗电压)绕组阻 抗百分 数电抗标么 值4000110/38y/y/d36.6189.00.36Uk1-X1=10.X*1=0.2680.5/10.112=10.57585Uk1-X2=-X*2=-3=17.50.250.0063Uk2-X3=6.7X*3=0.1683=6.557第三章 电力主接线设计根据毕业设计任务书的要求和设计规模。在分析原始资料的基础上，参照电气主接线设计参考资料。依据对主接线的基本要求和适用范围，首先淘汰一- 5 - / 24 些明显不合格的接线型式，保留 23 个技术上相当，又都满足

3、设计要求的方 案。对较好的 2-3 个方案，进行详细的技术经济比较，最后确定一个技术合 理，经济可靠的主接线最佳方案。3.1110KV侧主接线的设计110KV出线回路数为 2，由电力工程电气设计手册中的规定可知：当 110 220KV配电装置出线回路数不超过 2 回，采用单母线接线故 110KV 侧采用单母分段的连接方式。3.235KV 侧主接线的设计35KV侧出线回路数为 6 回由电力工程电气设计手册中的规定可知：当 35 63KV 配电装置出线回路数为 4 8 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。3.31

4、0KV 侧主接线的设计10KV侧出线回路数为 12 回由电力工程电气设计手册中的规定可知：当 6 10KV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3.4 、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 侧采用单母线的连接方式， 35KV侧采用单母分段连接， 10KV侧采用单母分段连接。方案二： 110KV 侧采用单母线的连接方式， 35KV侧采用双母线连接， 10KV- 6 - / 24侧采用单母分段连接此两种方案的比较方案一 110KV 侧采用单母线的连接方式，接线简单，操作方便、设备 少、经济性好，并且，母线便于向两

5、端延伸，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 侧采用单母线的连接 方式， 35KV侧采用单母分段连线， 10KV侧采用单母分段连接。第四章 电气设备的选择电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按

6、短路状态 来校验热稳定和动稳定。4.1 按正常工作条件选择电气设备4.1.1 额定电压 电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。另外，电气设备还有一 个最高工作电压，即：允许长期运行的最高工作电压，一般不得超过其额定电 压的 10%至 15%。在选择时，电气设备的额定电压不应低于安装地点的电网额定 电压。即： UNeUNS式中： UNe电气设备铭牌上所标示的额定电压 kV）；UNS 电网额定工 作电压 kV）。4.1.2 额定电流- 7 - / 24在额定周围环境条件下，导体和电器的额定电流不应小于所在回路的最大 工作电流。即： INIWmax式中： IN电气设备铭牌上所标示的额定电流 A

7、）；IWmax 回路中最大长期工作电流 A）。在决定 IWmax时，应以发电机、变压器、电动机的额定容量和线路的负荷 作为出发点，同时考虑这些设备的长期工作状态。例如：由于发电机、调相机 在电压降低 5%时，出力保持不变，故其相应回路的 IWmax为 1.05 倍的 IN，IN 为电机的额定电流；在确定变压器回路的最大长期工作电流时，应考虑到变压 器过负荷运行的可能性；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变 压器的最大长期工作电流；母线分段电抗器的最大长期工作电流应为母线上最 大一台发电机跳闸时，保证该母线负荷所需的电流；出线回路的最大长期工作 电流，除考虑线路正常过负荷电流 包括线路

8、损耗）外，还应考虑事故时由其他 回路转移过来的负荷。4.1.3 环境条件对设备选择的影响 当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地 震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。一般非高原的电器设备使用环境的海拔高度不超过1000m，当地区海拔高度超过规定值时，由于大气压，空气密度，湿度的减小，使空气间隙和外绝缘 的放电特性下降，一般海拔比规定值每升高 100m，电气设备而允许之高工作电 压下降 1%。当最高工作电压不满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外 绝缘提高一级的产品。此外，还应按电器的装置地点，使用条件，检修和运行等要求，对电器进 行种类和形式

9、地选择4.2 按短路状态校验 4.2.1 热稳定校验 ：当短路电流通过被选择的电气设 备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，QdQy，QdI2r t ，t=tb+tdf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。 4.2.2 动稳定校验： ich idw ， Ich Idw ， 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；- 8 - / 244.2.3 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

10、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。4.3 断路器的选择及校验4.3.1 110 千伏侧选用六氟化硫断路器：型号； GL312-145 该断路器的具体技术参数如下： 额 定 电 压 110KV 最高工作电压 145KV额定电流 3150A额定短路开断电流 40KA关合电流 100kA固有分闸时间 0.035s1）按额定电压选择， 选择的断路器的最高工作电压为 145KV,大于系统额定 电 压 为 110KV 。 2

11、 按额定电流选择。变电 所按 2 台 变 压器 同时运 行 时，则 110kV 侧 额 定负 荷 为 420A该断路器的额定电 流 为 3150A ， 满足要求。3 )校验断路器的断流能力此断路器额定开断电流40kA大于 110 侧三相短路电流周期分量的有效值13.12KA4）动稳定校验动稳定电流 100KA大于系统三相短路冲击电流 33.46KA5）热稳定效应：取继电保护装置后备保护动作时间 tr=0.6s ，断路器分闸时间 to=0.035s 则- 9 - / 24Te=tr+to=0.6+0.035=0.635s计算 110kv 侧短路热稳定电流，即选择断路器短时 3S 热稳定电流大于

12、110KV 侧三相短路电流周期分量稳态值 13.12KA，故满足要求4.3.235 千伏侧选用六氟化硫断路器： DW8 35I该断路器参数额定工作电压： 35KV最高工作电压： 40.5kv额定工作电流： 1000A额定开断电流有效值： 16.5KA2 秒热稳定电流： 31.5KA；动稳定电流： 41 kA ；按电压选择：符合电网电压要求。按电流选择： IN=1000A， IWmax=40000/1.732/35=660A,所以： IN IWmax ，满足电网电流要求。按开断能力选择：断路器额定短路开断电流为： =15.8 kA ，线路最大短路电流为： =11.8875kA ，所以： ，满足开

13、断能力要求。热稳定校验：固有分闸时间： tfd=0.03S110 千伏侧电源后备保护动作时间： tb=0.6S所以： td= tb+ tfd=0.63- 10 - / 24I 2tj =11.8875 0.63=7.4Ib ，满足动稳定要求4.3.310 千伏侧选用六氟化硫断路器： SN3-10/2000该断路器的具体技术参数如下： 额定电压 10KV额定电流 2000A额定短路开断电流 29KA关合电流 75kA固有分闸时间 0.14 s1)按额定电压选择， 选择的断路器的最高工作电压为 10.5KV, 大于系统额定 电 压 为 10KV 。 2 按额定电流选择。变电 所按 2 台 变 压器

14、 同时运 行 时，则 110kV 侧 额 定负 荷 为 420A 该 断 路 器 的 额 定 电 流 为 2000A ， 满 足 要 求 。 3 ) 校 验 断 路 器 的 断 流 能 力 此断路器额定开断电流 29kA 大于 10KV 侧三相短路电流周期分量的有效值 9.47KA4 ) 动 稳 定 校 验 动稳定电流 75KA大于系统三相短路冲击电流 24.15KA5)热稳定效应：取继电保护装置后备保护动作时间 tr=0.6s ，断路器分闸时间 to=014s 则Te=tr+to=0.6+0.14 =0.74 s计算 110kv 侧短路热稳定电流，即- 11 - / 24选择断路器短时 3S

15、 热稳定电流大于 110KV 侧三相短路电流周期分量稳态值 13.12KA，故满足要求4.4 隔离开关的选择及校验4.4.1110 千伏侧选用 GW4-110/2500型隔离开关。参数：额定工作电压： 110kV；额定工作电流： 2500A；5 秒热稳定电流： 40 kA ；额定动稳定电流： 100 kA ； 按电压选择：符合电网额定电压要求。按电流选择： IN=2500A， IWmax=420A,所以： IN IWmax ，满足电网电流要求。热稳定性校验：Ith2t=40ich ，满足动稳定要求4.4.235 千伏侧选用 GW4-35/2000型隔离开关。参数：额定工作电压： 35kV；额定

16、工作电流： 2000A；- 12 - / 245 秒热稳定电流： 31.5kA ； 额定动稳定电流： 80 kA ； 按电压选择：符合电网额定电压要求。 按电流选择： IN=2000A， IWmax=660A, 所以： IN IWmax ，满足电网电流要求。 热稳定性校验： Ith2t=31.5ich ，满足动稳定要求 4.4.310 千伏侧 选用 GN2-10/3000 型隔离开关 参数： 额定工作电压： 10kV； 额定工作电流： 3000A；5 秒热稳定电流： 50 kA ； 额定动稳定电流： 100 kA ； 按电压选择：符合电网额定电压要求。 按电流选择： IN=3000A， IWm

17、ax=2309A, 所以： IN IWmax ，满足电网电流要求。 热稳定性校验：Ith2t=50ich ，满足动稳定要求4.5 电压互感器的选择及校验型电容式电压互感器，额定绝 缘水平 200、480KV，额定一次、二次电压比 110/ /0.1/ /0.1/ /0.1KV, 额定负载 150VA/150VA/100VA,准确级 0.2/0.5/3P 。 110KV 电流互感器选择110KV进线选用 LB7-110(GYW2型 电流互感器，主要技术参数为：额定电流 2 300/5A, 级次组合为 10P15/10P15/0.5/0.2, 短时 35KV 电流互感器选择35KV 进线选用 LC

18、Z-35(Q型户内电流互感器，额定电流为 1200A，准确级 10P20/10P20，额定短时热电流为 48KA，额定动稳定电流为 120KA，满足短路计 算。(3 10KV 电流互感器选择10KV 进线选用 LMZB6-10型电流互感器，额定电流 2000/5A, 级次组合 0.5/10P10, 动稳定电流峰值 90KA，短时热稳定电流 100KA，满足短路计算值。- 14 - / 2410KV出线选用 LQZBJ8-10型电流互感器，额定电流选择 600A,200A 等,级次组 合 0.2/0.5/10P10/10P10, 动稳定电流峰值 90KA，短时热稳定电流 100KA，满足 短路计

19、算值。10KV母线选用 LA-12(Q型电流互感器，额定电流 1000/5A, 级次组合 0.5/10P10, 动稳定电流峰值 90KA，短时热稳定电流 50KA，满足短路计算值4.7 接地开关的选择及校验选用 EK6型接地开关。参数： 额定工作电压： 10 kV ； 最高工作电压： 12 kV ； 额定频率： 50Hz； 额定短路关合电流： 50 kA ； 2 秒热稳定电流： 20 kA ； 额定动稳定电流： 50 kA ； 雷电冲击耐受电压 峰值)对地及相间： 75 kV 校验：动稳定电流峰值热稳定电流 2S)可见所选的 EK6型接地刀闸能够满足要求4.8 载流导线的选择按持续工作电流选择

20、，其他导体长度超过 20M时应按经济电流密度选择 现选 LGJ-240/30 型钢芯铝绞线，其屋外载流量为 380 安。 修正系数： K=0.88所以 , K= 380 0.88=334.4A 母线最大长期工作电流为 262A；- 15 - / 24334.4A262A，所以满足电流要求4.9 避雷器选择及校验4.9.1 110kV 侧避雷器的选择1）按额定电压选择110kV 系统最高电压为 126kV，相对地最高电压为 126kV/ =73kV,根据手册选 择氧化锌避雷器的额定电压为 0.75Um=0.75*126kV=94.5kV，取氧化锌避雷器的 额定电压为 100kV2）按持续运行电压

21、选择110kV 系统相对地最高电压为 126kV/ =73kV，故选择氧化锌避雷器持续运行电压为 73kV3）标称放电电流的选择110kV 氧化锌避雷器标称放电电流选 10kA。4）雷电冲击残压的选择查手册得 110kV 变压器额定雷电冲击外绝缘耐受峰值电压为450kV，内绝缘耐受峰值电压为 480kV，按下式计算避雷器标称放电引起的雷电冲击残压为Uble选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压 校核陡波冲击电流下的残压查表手册知变压器 110kV 侧内绝缘截断雷电冲击耐受电压为 530kV，按下式计 算陡波冲击电流下的残压为Uble选择氧化锌避雷器陡波冲击电流下残压 峰值）不大于 291kV。 6

22、）操作冲击电流下残压的选择查手册得 110kV 级变压器线端操作波实验电压值为 SIL=375kV，按下式计算操 作冲击电流下残压为- 16 - / 24Us=取氧化锌避雷器操作冲击电流下残压 峰值）不大于 221kV。7）根据上述选择校验，查手册选择 Y10W5-100/260 型氧化锌避雷器满足变压 器 110kV 侧过电压保护的要求。4.9.2 变压器 110kV 侧中性点避雷器的选择1）按额定电压选择主变压器 110kV 侧中性点为不固定接地，查手册得变压器中性点额定电压为 0.57Um=0.57*126kV=71.82kV，取避雷器额定电压为 72kV。2）按持续运行电压选择变压器

23、110kV 对地相电压为 Um/ =126kV/ =72.8kV，故选择氧化锌避雷器 额定电压 72kV 能满足持续运行电压的要求。3）标称放电电流的选择变压器 110kV 侧中性点氧化锌避雷器标称放电电流选择 1.5kA 。 4）雷电冲击残压的选择查表手册得电力变压器 110kV 中性点雷电冲击全波和截波耐受峰值电压为 250kV，选择 110kV 氧化锌避雷器雷电冲击下残压 186kV，满足雷电冲击的要 求。5）操作冲击电流下残压的选择查手册得电力变压器线端操作波实验电压为375kV，按下式计算中性点受到的操作电流下的残压为Us=选择 110kV 氧化锌避雷器操作冲击电流下峰值残压为 16

24、5kV，满足要求。6）根据上述避雷器的选择计算与校验，查手册知，选择Y15W5-72 186 型氧化锌避雷器能满足变压器 110kV 侧中性点过电压保护。4.9.3 35kV 侧避雷器的选择1）按额定电压选择- 17 - / 2435kV 系统最高电压为 40.5kV ，相对地电压为 Um/ =40.5/=23.4kV。根据手册计算避雷器相对地电压为 1.25Um=1.25*40.5kV=50.6kV ，取避雷器额定电 压为 53kV。2）按持续运行电压计算35kV 系统相对电压为 40.5/=23.4kV，选择氧化锌避雷器持续运行电压40.5kV ，此值大于 23.4kV。3）标称放电电流的

25、选择35kV 氧化锌避雷器标称放电电流选择 5kA。4）雷电冲击残压的选择查手册得变压器 35kV 额定雷电冲击外绝缘峰值耐受电压为 185kV，内绝缘耐受 电压为 200kV，按下式计算避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压 峰值）为 134kV。5）校核陡波冲击电流下的残压查手册得 35kV 变压器类设备的内绝缘截断雷电冲击耐受电压峰值）为220kV，按下式计算陡波冲击电流下的残压为Uble =选择陡波冲击电流下残压 峰值）为 154kV。6）操作冲击电流下残压的选择查手册得 35kV 变压器线端操作波实验电压为 170kV，按下式计算变压器 35kV 侧

26、操作冲击电流下残压为选择 35kV 氧化锌避雷器操作冲击电流下峰值残压为 114kV。7）根据上述计算与校核，查手册知选择 Y5WZ-53/134 型氧化锌避雷器能满足 变压器 35kV 侧的电压保护要求。- 18 - / 244.9.4 变压器 35kV 侧中性点避雷器的选择1）按额定电压选择变电所选用三绕组变压器， 35kV 侧中性点安装消弧线圈接地，查手册得变压器 中性点额定电压为 0.72Um=0.72*40.5kV=29.16kV ，选择氧化锌避雷器额定电压 为 53kV。2）按持续运行电压选择35kV 相 电 压 为 40.5kV/ =23kV ， 中 性 点 额 定 电 压0.7

27、2Um=0.72*40.5kV=29.16kV, 故选择氧化锌避雷器持续运行电压为 40.5kV 。 3）标称放电电流的选择变压器 35kV 侧中性点氧化锌避雷器标称放电电流选择 5kA。4）雷电冲击残压的选择查手册得变压器 35kV 侧中性点额定雷电冲击耐受峰值电压为 185kV，选择 35kV 氧化锌避雷器雷电冲击电流下峰值残压为 134kV，故满足雷电冲击要求。5）校核陡波冲击电流下的残压查手册知变压器 35kV 内绝缘截断雷电冲击耐受峰值电压为 220kV，按下式计算 陡波冲击电流下的残压为Uble=选择 35V 氧化锌避雷器陡波冲击电流下峰值残压为 154kV。6）操作冲击电流下残压的选择查手册得 35kV 变压器线端操作波实验电压为 170kV，按下式计算中性点