110KV变电站电力系统设计说明书

1、110KV变电站电力系统设计说明书一、原始资料：根据系统规律，需要建成一座 110KV降压变电站，设计条件如下：1 电压等级： 110/35/10KV2 主变压器两台，每台容量为 31.5MVA,本期一次设计建成。nbsp; 3 、进出回数：（1） 110KV进出线共六回，其中两回与系统连接的双回线，每回送电容量为 45MVA 其余四回为单电源出线，送电容量为 5MVA。（2）35KV出线共四回，其中两回送电容量为 8MVA另外两回出线，送电容量为7MVA 6MVA。（3）10KV出线共10回，其中六回架空出线， 每回输电容量为2MVA四回电缆线路，每回输电容量为 1.8MVA。（4） 10K

2、 V另有两面三组并联电容器，每组电容器容量为5Mvar。4、系统情况：本变电站为一次降压变电站，在系统中的地位比较重要。系统阻抗如下：（基准容量为100MVA）：5、地理环境：变电站海拔高度为 800m,附近无污染区，户外最拭热平均气温为 35C。6、线路长度：7 、所用电主要负荷表：序号 名称额定容量 (KW)功率因数 安装台数 工作台数 备注充电机 30 0.88 1 1 周期性浮充电机6.50.85 1 1 经常性主变通风0.150.73 32 32 经常性蓄电池及装置通风2.7 0.82 3 3 周期性交流焊机10.50.5 1 1 周期性检修间实验130.8 1 1 经常性载波远动0

3、.960.69 1 1 经常性照明 20经常性生活水泵8经常性12345678910采暖及其他16周期性二、设计任务：1 、设计变电站主接线，论证所设计的主接线是最佳方案。2 、计算短路电流。3 、选择导体及主要电气设备。设计说明书根据设计任务书的要求，依据电力工程电气设计手册中有关容，遵照变电所设计技术规程中有关规定，现对 110KV 变电所进行设计，其设计的方法和步骤如下：一、原始资料分析：1 、分析本变电站在电力系统中的作用： 本变电所的电压等级为 110KV,为一降压变电所，在系统中的地位比较重要，高压侧同时接收和变换功率，供 35KV负荷和10KV负荷，属于地区一般变电所。2 、建设

4、规模：1、 110KV进出线共六回，其中两回是与系统连接的双回线，每回送电容量为 45MVA其余四回为单电源出线，送电容量为5MVA。2、 35KV出线共四回，其中两回出线每回送电容量为8MVA另外两回出线，送电容 量为 7MVA、 6MVA。3、 10KV出线共十回，其中六回架空出线，每回输电容量为2MVA四回电缆线路， 每回输电容量为 1.8MVA。二、主变压器的选择：变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结 构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积， 同时也可减少运行电能损耗，提高运行效 率和可靠性，改善电网稳定性能。1 、主变压器台数：为保证供电可靠性

5、，变电所一般设有两台主变压器。2 、变压器容量：装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变因事故断开，另一台主变的容量应满足全部负荷的70%，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证 80%负荷供电。3、在330KV及以下电力系统中， 一般选三相为压器， 采用降压结构的线圈，排列成 铁芯低压中压高压线圈，高与低之间阻抗最大。4 、绕组数和接线组别的确定：该变电所有三个电压等级，所以选用三绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，110KV以上电压，变压器绕组都采用Y0连接，35KV采用Y形连接，10KV采用连接。5、调压方式的选择：普通型的变压器调压围小，仅

6、为± 5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反 （如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。 另外，普通变压器的调整很不方便， 而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压围较大，一般在15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供电质量情况下，有载调压变压 器，可以实现， 特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。6、冷却方式的选择：主变压器一般采用的冷却方式有： 自然风冷、强迫油循环风冷、 强迫油循环水冷、强迫导 向油循环冷却。 考虑到冷却系统的供电可靠性， 要求及维护工

7、作量， 首选自然风冷冷却方式。所以用两台 SFSZ7 3 1 500/1 1 0 型有载调压变压器，采用暗备用方式，查变压器的参数如下：额定电压：110土 8X 1.25%/35±4X 1.25%/10.5KV阻抗电压 :U1-2%=10.5U1-3%=17.8U2-3%=6.5联接组别号： YN、yno、 dn三、所用电接线设计和所用变压器的选择变电所的所用电是变电所的重要负荷， 因此， 在所用电设计时应按照运行可靠、 检修和维 护方便的要求， 考虑变电所发展规划， 妥善解决分期建设引起的问题， 积极慎重地采用经过 鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电所安全

8、，经济的运行。所用变台数的确定：一般变电所装设一台所用变压器， 对于枢纽变电所、 装有两台以上主变压器的变电所中应 装设两台容量相等的所用变压器， 互为备用， 如果能从变电所外引入一个可靠的低压备用电 源时，也可装设一台所用变压器。 根据如上规定， 本变电所选用两台容量相等的所用变压器。所用变压器的容量应按所用负荷选择。计算负荷可按照下列公式近似计算：S=照明负荷+其余负荷X 0.85(kVA)所用变压器的容量：Se>S= 0.85EP 十P照明(kVA)根据任务书给出的所用负荷计算：S= 0.85(30+6.5+0.15 X 32+2.7 X 3+10 .5+1 3+0.96+8)+2

9、0+16=105.581 (kVA)根据容量选择所用电变压器如下：型号： SL712510 ；容量为： 125(kVA)连接组别号： Yn， yn0调压围为：高压：± 5阻抗电压为 (%)： 4所用电接线方式：一般有重要负荷的大型变电所，380 / 220V系统采用单母线分段接线，两台所用变压器各接一段母线， 正常运行情况下可分列运行， 分段开关设有自动投入装置。 每台所用变压器应 能担负本段负荷的正常供电， 在另一台所用变压器故障或检修停电时， 工作着的所用变压器 还能担负另一段母线上的重要负荷，以保证变电所正常运行。四、电气主接线的选择： 电气主接线的确定对电力系统整体及发电厂，

10、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关， 并且对电气设备的选择配电装置选择， 继电保护和控制方式的拟定有较大 影响，因此，必须正确外理为各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较， 合理确定主接线方案。（一）设计的基本要求为：1 、满足对用户供电必要的可靠性和保证电能质量。2 、接线应简单，清晰且操作方便。3 、运行上要具有一定的灵活性和检修方便。4 、具有经济性，投资少，运行维护费用低。5 、具有扩建和可能性。（二）设计主接线的原则：采用分段单母线或双母线的110 220KV配电装置，当断路点不允许停电检修时，一般需设置旁路母线。对于屋配电装置或采用SF6 全封闭电器的配电

11、装置，可不设旁母。35 6KV配电装置中，一般不设旁路母线，因为重要用户多系双回路供电，且断路器检修时 间短，平均每年约 2-3 天。如线路断路器不允许停电检修时， 可设置其它旁路设施。 610KV 配电装置， 可不设旁路母线， 对于初线回路数多或多数线路向用户单独供电， 以及不允许停 电的单母线，分段单母线的配电装置，可设置旁路母线， 采用双母线6 10KV配电装置多不设旁路母线。对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线， 如线路变压器组或桥形接线等。 若能满足继电保护要求时， 也可采用 线路分支接线。拟定可行的主接线方案 2 3种，容包括主变

12、的形式，台数以及各级电压配电装置的接线 方式等，并依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰差的方案， 保留一种较好的方案。（三）方案的比较：110KV 侧的接线（1）单母分段带旁路断路器经过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修，为了检修出线断路器，不 致中断该回路供电，可增设旁路母线。优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置， 检修与其相连的任一 回线的断路器时，该回路均可以不停电，可以提高供电的可靠性。缺点：此种接线多装了价格较高的断路器和隔离开关，增大了投资。（2）双母线接线优点：检修任一母线时， 不会停止对用户的连续供电， 当检修任一母线隔离开关

13、时， 只需断开此 隔离开关所属的一条电路和与此刀闸相连的该组母线， 其它回路均可通过另一组母线继续运 行，从而提高了供电可靠性。缺点：1、投资较大，所用设备多，占地面积大，增加了一组母线和一组刀闸。2 、配电装置复杂，经济性差。3 、在运行中隔离开关做为操作电器，易发生误操作事故。从以上两种方案比较，方案一虽然用设备较少，减少了投资，但由于供电可靠性较 低故不易采用；方案二虽然操作复杂、设备较多，投资较大，且根据电力设计手册可知110-220KV 配电装置中当线路回数为四条以上时，易采用双母线接线方式，提高了可靠性， 易于扩建，故选择方案二。35KV 侧的接线：所设计的变电所35KV出线，最终

14、四回，本期工程一次完成，在考虑主接线方案时,应首先满足运行可靠，操作灵活，节省投资。单母线接线方式：接线简单、清晰。 操作方便， 投资少便于扩建； 母线或隔离开关检修或故障时连接在母线 上的所有回路必须停止工作； 检修任一电源或线路的断路器时， 该回路必须停电； 当母线或 母线上的隔离开关上发生短路以及断路器在继电保护作用下都自动断开，因而造成全部停 电。单母分段接线方式：当一段母线发生故障时， 分段断路器自动将故障段隔离， 保证正常段母线不间断供电， 不 致使重要用户停电， 可提高供电可靠性和灵活性。 当一段母线发生故障时， 分段断路器自动 将故障段隔离， 保证正常段母线不间断供电， 不致使

15、重要用户停电， 可提高供电可靠性和灵 活性。以上两种方案比较，在供电可靠性方面，方案一较差，故35KV侧应采用单母分段接线单母线接线：具有接线简单清晰，操作方便，所用设备比较少，投资少等优点，但当母线或母侧隔离开关检修故障时， 连接在母线上的所有回路都将停止工作， 当母线发生短路时， 所有电源回路 的断路器在继电保护作用中自动跳闸， 因而造成母线电压失压全部停电， 检修任一电源或线 路的断路器时，该回路必须停电。单母分段接线： 接线简单清晰，设备少，且操作方便，可提高供电可靠性和灵活 性，不仅便于检修母线而减少母线故障影响围， 对于重要用户可以从不同段引两个回路， 而 使重要用户有两个电源供电

16、， 在这种情况下， 当一段母线发生故障， 由于分段断路器在继电 保护装置的作用下，能自动将故障段切除，因而保证了正常段母线不间断供电。综上所述，单母分段接线的可靠性较高，而且比较经济，故10K V侧接线应选方案二，单母分段接线。五、短路电流计算：短路电流计算的目的：（1 ）电气主接线比选；（ 2）选择导体和电器；（ 3）确定中性点接地方式 ; （4） 计算软导线的短路摇摆； （5）确定分裂导线间隔棒的间距； （6）验算接地装置的接触电压 和跨步电压；（ 7）选继电保护装置，进行整定。、系统负荷情况计算1、35KV最终四回出线，负荷同时率按0.6考虑，负荷增长率为 4%。35KV总负荷为：（8/

17、 0.8+8 / 0.8+7 / 0.8+6 /0.8 ）X 0.6 X（ 1+4% 5=26.46MVA2、10KV最终十回出线，负荷同时率按0.6考虑，负荷增长率为4%10KV负荷为：（6X 2/0.8+4 X 1.8 / 0.8 ）X 0.6 X （1+4%）5=17.52MVA所以变电站考虑扩建后送出的总负荷为：S总=S35+S10=43.98MVA短路电流的计算：1 、变压器阻抗计算：系统参数：阻抗电压： UK(12)%=10.5；UK(13)%=17.8； UK(23)%=6.5X10=0.102 ；Sj=100MVA；Uj= Upj所选出的 SFSZ731500/110 型变压器

18、参数：U1 2%=10.5 ；U13%=17.8； U23%=6.5Ud1%=1/2(U12% U13% U2 3%)=1/2(10.5 17.8 6.5)=10.9Ud2%=1/2(U12%+ U2 3%- U1 3%)=1/2(10.5 + 6.5 17.8)= 0.4 0Ud3%=1/2(U13% U23% U12%)=1/2(17.8 6.510.5)=6.9X1*= Ud1% /100 X Sj / Sn=10.9 / 100X 100/ 63= 0.173X2*=0X3*= Ud3%100 XSj Sn=69100X10063=0.1095变压器的等值电路X1*/0.173X2*/

19、0X3*/0.1095短路电流计算等值电路图及短路点选择：X1*/0.102d1115KVX2/0.173X3/0.173d2 35KVX4/0.109510.5KV2、d1 点短路电流计算：110KV 侧提供的电流： I*=1/x1=1/0.102=9.8基准电流：110KV 短路电流的有名值：I= I* lj=9.8 X 0.502=4.922KAKch 取 1.8冲击电流：电流最大有效值：Ich=1.51 X I/=1.51 X 4.922=7.48KA短路容量：X1/0.102X5/0.1095d3SCd13、d2点短路电流计算X1/0.102X6X2/0.173 X3/0.173d2

20、X6= X1+1/2 X2=0.102+1/2 X 0.173=0.1885短路电流： I*=1/ X6=1/0.1885=5.31基准电流：有名值：I/= I* Ij=5.31 X 1.56=8.276KA冲击电流：电流最大有效值：Ich=1.51 XI/=1.51 X8.276=12.50KA短路容量：4、 d3 点短路电流计算：a 、并列243X*E = X1+ X2/ X3+ X4/ X5=0.102+1/2X 0.173+1/2 X 0.1095=0.短路电流：l*=1/ X* 刀=1/0.243=4.1基准电流：有名值：I/= I* lj=4.11 X 5.5=22.61KA冲击电

21、流ich=2.55 X l/=2.55 X 22.61=57.66KA电流最大有效值：lch=1.51 Xl/=1.51 X 22.61=34.14KA短路容量：b 、分列X*E = X1+ X2/ X3+ X4 =0.102+1/2 X 0.173+0.1095=0.298短路电流：l*=1/ X* 刀=1/0.298=3.356基准电流：有名值：I/= I* lj=3.356 X 5.5=18.46KA冲击电流ich=2.55 X I/=2.55 X 18.46=47.06KA短路容量：由于10KV母线采用分段进行，短路电流为18.46KA，小于并列运行时的短路电流22.61KA，所以无需

22、加装电抗器来限制短路电流。计算参数表短路点 名称短路电流 I/ （3）冲击电流 ich 全电流 Ich 短路容量 S/d1110KV母线4.922KA12.55KA7.48KA980.37MVAd235K V母线8.276KA21.1KA12.50KA530.36MVAd310K V母线22.61KA57.66KA34.14KA411.19MVA六、主要电气设备的选择及校验：电气设备的选择是发电厂和变电所设计的主要容之一， 正确地选择设备是使电气主接线和 配电装置达到安全运行的重要条件， 在进行设备选择时， 应根据工程实际情况， 在保证安全 可靠的前提下， 积极而稳妥地采用新技术并注意节约，

23、必须按正常工作条件进行选择， 并按 短路状态来校验其热稳定和动稳定。（一）断路器及隔离开关的选择及校验：1 、选择：（1）按正常工作条件选择：a 、按额定电压选： 额定电压和最高工作电压， 一般按所选电器和电缆允许最高工作电压Ugmax不低于所按电网的最高运行电压Uymax即：Ugma浴 Uymaxb 、按额定电流选：在额定周围环境温度下长期允许电流 Iy ，应不小于该回路最大 持续工作电流 Igmax即：ly > Igmax 主变侧：110KV35KV 10KV110KV 负荷侧35KV 负荷侧10KV 负荷侧短路计算参数如下：110KV ： l/=4.922KAich=12.55AS

24、/=980.37MVA35KV ： l/=8.276KAich=21.1AS/=530.36MVA10KV ： I/=22.61KAich=57.66AS/=411.19MVA110KV选择LW1 110型断路器计算数据LW14-110U（KV）110Ue（KV）110Igmax(A)174Ie(A)2000I/(KA)4.922Ir(KA)31.5ich(KA)12.55idw(KA)8012 gtdz4.922 X 0.5 Ir2t 31.52 X335KV选择ZN23-35C型断路器计算数据ZN23-35CU（KV）35 Ue( KV)40.5Igmax(A)496Ie(A)1600I/

25、(KA)8.276Ir(KA)25ich(KA)21.2idw(KA)63I2 g tdz8.2762X 0.6Ir2t 252X410KV主变侧选 ZN28-12-3150，负荷侧选 ZN28-12-1250计算数据 ZN28A12/3150 计算数据 ZN28121250U（KV）35 Ue( KV)12 U( KV)10 Ue( KV)12Igmax(A)1989Ie(A)3150Igmax(A)144.3 Ie(A)1250I/(KA)22.61Ir(KA)40I/(KA)22.61 Ir(KA)31.5ich(KA) 57.66 idw(KA) 100 ich(KA) 57.66 i

26、dw(KA) 8012 sX412 tdz 22.612 X 0.75 Ir2t 31.52 X4隔离开关选择结果如下：110KV 选 GW4-110G型, 35KV选 GW28-35型10KV主变侧隔离开关选 GN2-10型，负荷侧选 GN8-10型2、校验：(1) 110KV侧选LW14-110型断路器le=2000Algmax=174A所以 Ie > IgmaxUe= Ugmax=110KV所以UeUgmax满足要求a、热稳定校验：I2 stdz w I2rt短路电流的假想时间，等于后备保护动作时间与断路器全分闸时间之和   即： tjs= tb+ td其中： t

27、b=0.5std=0.15s即： tjs=0.5+0.15=0.65s因：tjs v 1s所以应考虑3 =1非周期分量作用时间0.05S ,在3 =1 时，查发电厂电气设备中周期分量等值时间曲线，得tz=0.5s, 所以 tdz=0.5+0.05=0.55s所以I2 stdz=4.9222 X 0.55=13.3(KA2 S)I2rt=31.52 X 3=2976.5(KA2 S)I2 stdz w I2rt 满足热稳定要求b、动稳定校验：ich < idwich=12.55KA idw=80KA所以满足要求c、开断电流校验：lekd > 1lekd=31.5KAl/=4.922K

28、A所以 lekd > I/ 满足要求故所选 LW14110 型断路器符合要求110KV侧隔离开关选 GW 110G型Ie=1000A lgmax=174A 所以 le > Igmax 满足要求Ue= Ugmax=110KV 所以UeUgmax满足要求a、热稳定校验：I2 atdz w I2rtS)I2 atdz=4.9222 X 0.75=18.16(KA2I2rt=21.52 X 5=2311.25(KA2 S)I2 atdz w I2rt 满足热稳定要求b 、动稳定校验： ich w idwich=12.55KAidw=80KAich v idw所以满足要求故所选GW110G型

29、隔离开关符合要求(2) 35KV侧选ZN23- 35C型断路器Ie=1600AIgmax=496A所以 Ie Igmax 满足要求Ue= 40.5KVUgmax=38KV所以UeUgmax满足要求v 1sa 、热稳定校验： I2 atdz w I2rt即： tjs= tb+ td =0.5+0.2=0.7所以应考虑在3 /=1非周期分量作用时间0.05s，在3 /=1时，查发电厂电气设备中周期分量等值时间曲线，得 tz=0.6s ，即 tdz =0.6+0.05=0.65s所以12 gtdz =8.2762 X 0.65=44.52(KA2 S)I2rt=252 X 4=2500(KA2 -

30、S)I2 gtdz < I2rt 满足热稳定要求b、动稳定校验：ich < idwich=21.1KAidw=63KAich v idw 所以满足要求c、开断电流校验：Iekd > I/Iekd=25KAI/=8.276KAIekd > I/ 所以满足要求故所选 ZN2335C 型断路器符合要求35KV侧隔离开关选 GW2 35型le=600A lgmax=496A 所以 Ie > Igmax 满足要求Ue= Ugmax=35KV 所以UeUgmax满足要求a、热稳定校验：I2 gtdz w I2rtI2 gtdz=8.2762 X 0.75=51.37 (KA2- S)I2rt=6.62 X 5=217.8(KA2 S)I2 gtdz w I2rt 满足热稳定要求b 、动稳定校验： ich w idwich=21.2KAidw=50KAich v idw 所以满足要求故所选 GW28 35 型隔离开关符合要求(3) 10KV 侧A、主变侧选IN28A12/3150A型断路器Ie=3150AIgmax=1819A所以 Ie Igmax 满足要求Ue= 12KV Ugmax=10.5KV 所以 UeUgmax满足要求a、热稳定校验：12 gtdz