110KV变电站电器一次部分设计

1、目录一、110KV变电所电气一次局部初步设计1二、设计任务书4三、主接线设计5一负荷分析统计二主变选择三主接线方案拟定四可靠性分析四、经济比拟11五、短路电流计算 13六、电气设备设计选择22一选择母线二选择断路器、隔离开关三选择10KV母线的支持绝缘子四选择110KV 一回出线上一组CT七、配电装置设计33一.110KV变电所电气一次局部初步设计参考资料1 .本所设计电压等级：110/35/10K2 .系统运行方式：不要求在本所调压3 .电源情况与本所连接的系统电源共有3个,其中110KV两个,35KV一个.具体 情况如下：(1)110KV系统变电所该所电源容量(即110KV系统装机总容量)

2、为200MVA(以火电为主).在该所等电压母线上的短路容量为 634MVA,该所与本所的距离为4 .2KM,以一回路与本所连接.(2)110KV火电厂该厂距离本所10.2KM.装有3台机组和两台主变,以一回线路与本所 连接该厂主接线简图如图1：B1用户1F13COS =0.8XUe=10.5kvF3L=10.2KX =0.4 /KJ. 4.1变电所有ZDTB2121/38.5/10.5KVU - -U：U图1用户2(3)35KV系统变电所该所距本所6.17KM.以一回线路相连,在该所高压母线上的短路容量为 250MVA.以上3个电源,在正常运行时,主要是由(1)(2)两个110KV级电源来供电

3、给本所.35KV变电所与本所相连的线路传输功率较小,为联络用 当3个电源中的某一电源出故障,不能供电给本所时,系统通过调整运行方式,根本是能满足本所重要负荷的用电,此时 35KV变电所可 以按合理输送容量供电给本所.4 .本所地理概况：35K源统变电所N5 .本地区气象及地质条件 年最高气温：40 C 最高月平均气温：34C 年最低气温：-4C 地震烈度：7度以上 年平均雷电日：90天 海拔高度：75M6 .负荷资料(1) 35KV 负荷用户名称容量(MW)跑离(KM )备注化工厂3.515I类负荷铝厂4.313I类负荷水厂1.85I类负荷塘源变74n田类负荷35KV用户中,化工厂,铝厂有自备

4、电源(2) 10KV远期最大负荷用户名称容量(MW)负荷性质机械厂0.8m自行车厂1.0田食品加工厂0.35田电台0.25I纺织厂0.9I木材厂0.4R齿轮厂0.6R10KV用户在距本所1-3KM范围内(3)本变电所自用负荷约为60KVA(4) 一些负荷参数的取值：a.负荷功率因数均取cos(|)=0.85b.负荷同期率Kt=0.9c.年最大负荷利用小时数T max = 4500小时/年d表中所列负荷不包括网损在内,故计算时因考虑网损,此处计算一 律取网损率为5%e.各电压等级的出线回路数在设计中根据实际需要来决定.各电压等 级是否预备用线路请自行考虑决定.二.设计任务书1.电气主接线设计2,

5、短路电流计算3.主要电气设备及载流导体选择4,配电装置的设计三.设计成品说明书一份.包括对设计根本内容的论证：短路电流计算过程.电气 设备选择计算过程.110KV变电所的初步设计计算.主接线设计一负荷分析统计(1) 35KV 侧负荷：S35kv=(1+5%)X(3.5 4.3 1.8 7)、X 0.9=18.455MVA0.85其中 I 类负荷：S：35kv=(1+5%) X (3.5 4.3 1.8) X 0.9=10.673MVA0.85工I类负荷占总负荷百分数：V义100%=10673义100%=57.8%S 35kv18.455(0.8 1 0.35 0.25 0.9 0.4 0.6)

6、、,(2)10KV 侧负何：S10kv=(1+5%) X X0.850.9=4.781MVA其中 I 类负荷：ST10kv=(1+5%)X (0.25 + 0.9) X0.9=1.279MVA0.85II 类负荷：SD10kv=(1+5%) X 94 0.6) X0.9=1.112MVA0.85I类负荷总负荷百分数：S0竺 上.：=1279 100% =26.8%S10KV4.781 SII类负荷占总负荷百分数：0 100%=2 100% = 23.3%S10KV4.781(3) 110KV 侧负荷：Sii0kv=(1+5%)(S35kv+Si0kv +S所用) =(1+5%)(18.455+

7、4.781+0.06)=24.461MKA二主变选择(1)台数分析：主变台数确定的要求：对大城市郊区的一次变电站,在中、低压侧已构成环网的情况下,变电站 以装设两台主变压器为宜.2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站,在设计时应考虑装设三 台主变压器的可能性.考虑到该变电站为一重要中间变电站,与系统联系紧密,为了保证供电的可靠性,选两台主变压器 主变压气容量：主变压气容量应根据5-10年的开展规划进行选择,并考虑变压器正常运行和事故是的过负荷水平.所以每台变压器的额定容量 按Sn=0.7PM (Pm为变电所最大负荷)选择,即Sn=0.7 X 24460.7=17122.5KVA这样当一台

8、变压器停用时,可保证对70%负荷的供电.考虑变压器的事故过负荷水平40%,那么可保证对98%的负荷供电因为一般电网变电所大约有 25%的非重要负荷,因此采用 Sn=0.7PM对变电 所保证重要负荷来说是可行的.绕组分析：通过主变压器各侧绕组的功率.均到达15%Sn以上时,可采用三绕组变压器.因15%Sn=2568.4KVA.所以Si S2S3 15%Sn.即 通过主变压器各绕组的功率均到达 15%Sn以上,又因中性点具有不同的接 地方式,所以采用普通的三绕组变压器.选为SFSLi20000型,容量比为 100/100/50三主接线方案拟定110KV侧：本所在正常运行时主要是由(1) (2)两个

9、110KV级电源来供 电.所以必须考虑其可靠性.35KV侧：由于此侧I类负荷占57.8%占的比例重大,考虑I类用户的可 靠性,应采用带有旁路的接线方式.10KV侧：此侧I类负荷占26.7%比重不大,但负荷较多,且本所用电即 从本侧取,所以应考虑带旁路和分段.Zu I、型号及容量(KVA)额定电压高/中/低损耗(KW)阻抗电压(%)空载电流(%)参考价格万元综合投资万元空也短路高-中上下中-低高中高-低中低SFSL-20000121/38.5/1150.2150.713194.51810.56.54.118.1623.6系统火电厂电台 木材厂 纺织厂所用机械厂 自行车厂 食品厂 齿轮厂水塘系 厂

10、源统 变变110KV:采用桥形设备少,接线简单清楚,为了检修桥连断路器时不 致引起系统开环运行,增设并联的旁路隔离开关以供检修用. 但桥形可靠 性不高.35KV:采用单母线分段带专用旁路.接线简单清楚,操作简单,当 检修出线断路器时可不停电,可靠性比拟高,但当母线短路时要停电. 10KV侧：采用单母线分段带专用旁路,所用电采用双回路供电提升了所 用电可靠性.方案H :系统 火电厂1 1 1L L L0KV水塘系厂源统变变J一电台一木材厂一纺织厂I - T.l所用机械厂 自行车厂 食品厂 齿轮厂110KV:采用桥形接线,同方案I35KV:双母线带专用旁路,可靠性更高,灵活.检查出线断路器不 会停

11、电.母线短路只出线短时停电,可靠地保证I类用户用电,但投资大, 操作较复杂,易出现误操作.10KV:采用单母线分段带专用旁路,同方案I 方案出系统火电厂统 源工厂厂变 变厂机械厂 电台自行车厂 食品厂所用木材厂 纺织厂 齿轮厂110KV:采用桥形接线,同方案I35KV:采用单母线分段兼专用旁路,接线清楚明了,可靠性较高, 但做母联和做旁路时切换复杂.10KV:采用单母线分段,接线简单,但在检修出线断路器时需停电, 可靠性不高.四可靠性分析方案I : 110KV侧采用桥形接线,使断路器到达最简.鉴于 110KV为两 回进线,所以采用桥形较合理.可靠性比单元接线要高,并易开展成单母线分段,为以后的

12、开展大下根底.又因,两个 110KV电源离本所不远出 现故障的机率不多,所以虽可靠性不很多,但仍可满足需要.35KV:采用单母线分段带旁路,当检修出线断路器时可不停电,由于 进行分段且是断路器分段,所以当一段母线发生故障时,可以保证正常段 母线不间断供电,由于设置旁路母线,可以保证I类用户用电要求,同时它结构简单清楚,运行也相对简单,便于扩建和开展.同时它投资小, 年费用较低,占地面积也比双母线带旁路小,年费用较小,所以?f足35KV 侧用户的要求,但当母线故障时,可能出现一半容量停运.10KV:采用单母线分段带旁路,由于本侧I类用户仅占26.7%.所以完成可靠满足供电要求.方案H : 110

13、KV侧采用桥形接线,可靠性同方案I.35KV:采用双母线带旁路,通过两组母线隔离开关的到闸操作,可以 轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母线故障后,能迅速恢复供电, 检修任一出线断路器无需停电.各个电源和各回路负荷可以任意分配到某 一组母线上.能灵活地适应各种运行方式调度和潮流变化需要.扩建方便,但投资大,占地多,配电装置复杂,容易发生误操作.10KV:采用单母线分段,所用电因较重要,采用双回路供电来提升它 的可靠性,同方案I.方案m:110KV侧采用桥形接线,可靠性同方案I.35KV :采用单母线分段兼专用旁路,这种接线方式具有了旁路的优点, 同时减少了一个断路器使投资减少, 但要检修任

14、一断路器时,操作步骤复 杂,对本级I类用户的供电可靠性有一定影响.10KV:采用单母线分段,这种接线方式使当一段母线发生故障时, 不致造成政策母线也同时停电,缩小了停电范围.对本级出线多,很适合, 但由于没有带旁路,使当检修出线断路器时需要停电,这样就不能保证本 级I类负荷的要求.所以,选用方案I与方案R进行经济比拟五经济比拟统一初选同一类型主变压器和断路器主变压器型号SFSL1-20000110KV断路器型号DW311035KV断路器型号DW33510KV断路器型号 GG1A25Zu I :电压等级接线形式价格110KV母线桥形31.4万元35KV母线单母线带专用旁路分段23.983万元10

15、KV母线单母线分段带专用旁路 9.315万元U=31.4+23.983+9.315=58.495万元变压器年电能损失总量4A Q0=|0 %与1004.1 2000 , =8.2万兀100 100Sn18 20000 “十一 Q=Ud % =36 万兀100100 100 A=n Po+KAQo T0+2+KMs；啜2Hn=816320+38.875X 1.496+0.85+0.1143 X 3000=1101034.825计算年运行费用Ui=0.022Z=3.653U2=0.058Z=9.63U=13.283方案H :主变23.6万元/台110KV母线桥形31.4万元35KV母线双母线带旁路

16、25.786万元10KV母线单母线分段带旁路8.415万元Z= 23.6+31.4+25.786+8.415 1.9=169.482 万元Un=0.07X 1093112.746X 10-4+Ui+U2=0.07X 1093112.746X 10-4+3.728+9.83=21.21 万元I2IUn Ui经比拟选用方案I六短路电流计算总等值电路110kv火电厂等值图系统图1图2(1)短路电流计算,求各支路元件电抗标幺值取Sb=100MVAUb=Upj计算各元件参数标幺值110KV 系统：X1=Sb_ = 100 =0.158St634线路：X2=0.4X8.2X -1002 =0.024811

17、5110KV 火电厂：Xi2=X；1 MSB =0136乂一00- =0.4352Sn25n0.8线路：Xi6=0.4X 10.2X 理=0.030851152火电厂变压器(见等值电路图2)Vsi%=- (Vi2%+V3i%-V23%) =- (17+10.5-6) =10.751VS2% =2221(Vi2%+V23%-V3i%)=？ (17+6-10.5) =6.25Vs3%=- (V23%+V3i%-Vi2%) =- (6+10.5-17) =-0.25 22由于第二绕组与本线路无关,所以可以不算它的电抗Sb10.75 100Xi4=Vsi%0.1792100 Sn10060Sb- 0.

18、25 100Xi3=Vs3%- 0.0042100 Sn 10060110KV火电厂化简(见图3)其中Xi2=Xi2 =Xi2Xi7=Xi2/Xi2 /X12 =0.145、 . Xl8= (X13+X14)/ (Xl3 +X14) =0.0875 本所变压器Vsi%=- (18+10.5-6.5) =112Vs2%=- (18+6.5-10.5) =72VS3%=1 (6.5+10.5-18) =-0.52设在di, d2, d3点短路(见图4)计算各点短路时的电流标幺值系统X5二%区二上亚=0.55100 Sn 100 20X6=S 之=,亚=0.35100 Sn 100 20yVs3%

19、SbX7=100Sn-0.5 100=-0.02510020其中由于本所所取的两台主变型号相同,所以有X 8=X 5X 9=X 6X 10=X 735KV 系统：Ss 取 250MVAX11=Sb =100=0.4Ss250线路 Xii=0.4X6.17X100= 0.1803372由于本所的第三绕组的电抗标幺值为负数,所以可以视为一导线,等值电路图可化简为图4所以总Xi9=Xi+X2=0.1828X20=X3+X4=0.2633X21=X5/X8=0.275X22=X6/X9=0.175X23=X11+X12=0.5803(2)设在d1.d2.d3点短路(见图4)计算各点短路时的电流标幺值1

20、. d1点短路,电路图化简图X14=X21+X22+X23=0.275+0.175+0.5803=1.0303各电源到短路点的转移电抗为X1f=X19=0.1828X2f=X20=0.2633X3f=X24=1.0303计算电抗为Xjsi=0.1828X 200 =0.36561003 25 Xjs2=0.2633 X &100 =0.2468由于35KV侧系统视为无限大容量电源,所以直接得11Ips*=0.9706X3f1.0303火电系统 I- b J. h r八?系统d2点短路见下列图二火电系统m110.22 A热稳定校验tk=0.4+0.2=0.6S周期分量热效应 2 10 匕 itk

21、QP= 1 tk_2_2 25.51210 4.2043.929.612=11.128KA2 S因tk314.918 (A)热稳定校验(tk=0.4+0.2=0.6S)同期分量热效应2_ 22Qp= 51567 10 5.4025.5310.6 =17.670(KV)2 S12由于tk1S,所以应算非周期分量热效应 Qnp0且取T=0.05Qnp=I 2T=5.5672 X 0.05=1.544(KA)2 S故：Qk=Qp+Qnp=17.670+1.544=19.214(KA)2 S正常运行时导体温度11tx0=00+ ( 9 al- 9 0)WI:一 一 一 2314 9182=34+ (7

22、0-34)4 8 =65.928C334.4查?电气?表4-6得C=89,满足短路时发热的最小截面Smin= Qk ks C “19.214 106 1 89 -49.25 Imax.热稳定效验:(tk=0.4+0.2=0.6S)周期分量热效应:Qp=222i 2 +10mi； +i；12tk22_222.1882 10 21.0342 21.479212父 0.6 = 268.889( KA)2 S非周期分量热效应Qnp且取T=0.05Qnp=| 2T=22.1882X 0.05=24.615( KA)2 S故：Qk=Qp+Qnp=268.889+24.615=293.499( KA)2 S

23、正常运行时导体温度八八/八八、I0=00+ ( 0 al- 0 0)一I2 max2 al一 一 21102 2142.=39+ (70-39) =67.832 C1142.912查?电气?表4-6得C=92,满足短路时发热的最小截面Smin= Qk ks C = ,293.499 106 1.05 92 = 190.827 ； 800(mm)2满足热稳定要求动稳定效验:导体自振频率由以下求得m=hx bx pw=0.08X 0.01 x 2700=2.16 (kg/m) I=bh3/12=0.01 X 0.083/12=4.26 X 10-7 (m4)按汇流母线为两端简支多跨梁方式查表4-5

24、, Nf=3.56贝 f1=3.56L2旦L取1m m3.5612_10 _7 1010 4.26 102.16二-=418.289 (HZ) 155 ( HZ)故B =1变压器出口断路器侧短路时,(K=1.8)那么冲击电流Ish=1.8 石 I =1.8X 22 X 22.188=56.481 (KA)母线相间引力(a=0.25m)fph=1.73X 10-7x iSh/a=1.73X 10-7X ( 56.4812 M 106/0.25)=2207.585 (N/m)导体截面系数W=0.5bh2=0.5X 0.01 X 0.082=32 乂 10-6m322贝曲=ph =.二=6.899*

25、106 (Pa)10w10 32 10-6硬铝最大允许应力6al=70X 106Pa6.899X 106 (Pa)绝缘子间最大允许跨距Lmax= . 10W f ph=.10 6.899 106 38 102207.5852207.68,C /、=J定 1.0 (m)2207.585所以L=1m满足要求.(二)选择断路器1.设在110KV火电厂侧变电站短路器,系统变两个电源送出的短路电流与110KV那么应将110KV系统和35KV火电厂送出的短路电流相比较,以两者问大者为基准选择断路器和隔离开关. 一 一一 _ 一 一 一一一 一一 一 一I =2.9166+0.4872=3.39882.11

26、3Io.3=2.30+0.4872=2.78721.417I0.6=2.1545+0.4872=2.64171.287周期分量热效应Qp=2223.398810 2.78722.6417X1220.6 = 4.811 (KA) SQnp=TI 2=0.05X3.39882=0.5776 (KA) 2 . SQk=Qp+Qnp=4.811+0.5776=5.3886 (KA) 2 - S冲击电流ish=1.8历1.8.3.3988=8.652 (KA)._1.05Sni max 3Un1.05 24.416,3 110=0.135(KA)由以上计算参数,参考?设计资料?表 5-26可选择SW61

27、10型断路器其计算参数与SW6-110参数比拟如下：计算数据SW6-110Uns110KVUn110KVImax0.135KAIn1200KAI 2.113KAInbr21KA ish8.652KAi wt55KAQk5.3886 (KA) 2 SIt2*t15.8 X 4 (KA) 2 . S通过以上比拟SW6110型断路器完全能满足要求2. 35KV侧出线断路器选择1.05 7最大持续工作电流Imax= -085 =0.1297 (KA) % 3 38.5最大短路电流 I =1.1836+1.685=2.8686 (KA)Io.3=1.104+1.610=2.714 (KA)I0.6=1.

28、145+1.698=2.843 (KA)冲击电流ish=1.8 .2I =1.8.2 2.8686=7.302 (KA)周期分量热效应2222.868610 2.7142.8432Qp=父 0.6 = 4.91 (KA ), S12非周期分量Qnp=I 2T=2.86862 乂 0.05=0.411(KA)2 S故：Qk=Qp+Qnp=4.91+0.411=5.321( KA)2 S由计算数据与SW335/600参数比拟如下：计算数据SW335/600Uns35KVU n35KVImax129.7AlN600Al 2.8686KAInbr6.6KAish7.302KAi wt17KAQk5.3

29、21 (KA) 2 - SIt2*t6.62X4 (KA) 2 - S通过以上比拟：SW335/600型断路器完全能满足要求3. 10KV侧断路器选择,1.05 10 85 Imax= 085 =0.0648 (KA) =64.8 (A)3 11I =6.186+8.721=14.907 (KA)Io.3=5.593+8.160=13.753 (KA)Io.6=5.730+8.468=14.198 (KA)周期分量热效应_2_2_ 214 907 ,10 13 753 ,14 1982Qp=00-3t53_98-M0.6 =115.763 (KA) 2 S12非周期分量Qnp=I 2T=14.

30、9072 x 0.05=11.111(KA)2 S故：Qk=Qp+Qnp=126.874(KA)2 S冲击电流ish=1.8匹,=1.8企父 14.904=53.665 (KA)由计算数据与SN1010/1000参数比拟如下：计算数据SN10-10/1000Uns10KVUn10KVImax64.8AIN1000AI 14.904KAInbr28.9KAish53.665KAiwt71KAQk126.874 (KA) 2 - SIt2*t292X4 (KA) 2 - S通过以上比拟：SN10-10/1000型断路器完全能满足要求(三)选择隔离开关隔离开关也是发电厂和变电所中常用的开关电器.它需

31、与断路器配套使用.但隔离开关无灭弧装置,不能用来接通和切断负荷电流和短路电流.隔离开关与断路器相比,额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳 定的工程相同.但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流, 故无需进行 开断电流和短路关合电流的校验.1. 110KV 侧选 GW2110计算数据GW2-110Uns110KVUn110KVImax135AlN600Aish8.652KAies50KAQk5.3886 (KA ) 2 SIt2*t142 X 5 (KA) 2 S2. 35KV 侧选 GW235计算数据GW2-35Uns35KVU n35KVImax129.7AIN600Aish7.302KAi

32、es50KAQk5.321 (KA) 2 - SIt2*t142X5 (KA) 2 - S3. 10KV 侧选 GN610/1000计算数据GN610/1000Uns10KVUn10KV1 max64.8Ai sh53.665KAQk126.874 (KA) 2 - S(四)选择10KV母线的支持绝缘子由前面的计算可知Un=10KVI max=64.8Aish=53.665KAQk=126.874 (KA) 2 S查表5-52,试选用型号为ZNA 10的支持绝缘子2 l 一 7Fmax=1.731sh10a21_7= 1.73 53.665100.25=1.993KN 3 1.993 10 m=-=203.4KgZNA10支持绝缘子的机械破坏负荷为 375Kg可见满足要求.五选择110KV一回路上一组CT互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等一次设备获取电气一次